MX2014008869A

MX2014008869A - Material resistente al desgaste, y sistema y metodo para crear un material resistente al desgaste.

Info

Publication number: MX2014008869A
Application number: MX2014008869A
Authority: MX
Inventors: Srinivasarao Boddapati
Original assignee: Esco Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-09-01
Also published as: EA032732B1; MX2019014693A; AP2014007838A0; CN110153396A; PH12014501414A1; EP2809466A1; NZ626215A; KR102037764B1; HRP20182085T1; CN104093510A; PH12014501414B1; MX370222B; CA2860627A1; EP2809466B8; US10543528B2; EP2809466A4; MY167939A; CO7030955A2; NZ710921A; JO3717B1

Abstract

Un sistema y método de formación de un material compuesto resistente al desgaste incluye colocar un material de relleno poroso resistente al desgaste en una cavidad de molde e infiltrar el material de relleno con un material de matriz por calentamiento hasta una temperatura suficiente para fundir el material de la matriz, luego enfriar el conjunto para formar un material compuesto a resistente al desgaste. El sistema y el método se pueden usar para formar el material compuesto resistente al desgaste sobre la superficie de un sustrato, como una parte para equipamiento de excavación u otra parte mecánica. Un material de matriz apropiado puede ser cualquiera de una variedad de aleaciones de hierro dúctiles.

Description

MATERIAL RESISTENTE AL DESGASTE, Y SISTEMA Y MÉTODO PARA CREAR UN MATERIAL RESISTENTE AL DESGASTE CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere en términos generales a sistemas y métodos para la creación de un material resistente al desgaste, y más específicamente, a sistemas y métodos que utilizan técnicas de infiltración para formar el material resistente al desgaste y conectar el material a un sustrato mediante soldadura fuerte, así también a un producto del sistema y método ANTECEDENTES Diversos tipos de equipos de excavación tienen puntos, bordes, superficies, y otras piezas que están sometidos a repetidos impactos y tensiones, que pueden dar lugar a desgaste o rotura de dichas partes. En consecuencia, los materiales que tienen una elevada dureza y resistencia al desgaste junto con una buena tenacidad, son deseables para tales aplicaciones. Los materiales con elevada dureza y resistencia al desgaste también pueden ser útiles en otras aplicaciones, lo que incluye aplicaciones que se enfrentan a desafíos similares.

Una técnica común para la producción de partes resistentes al desgaste es la colada o fundición de la parte mediante el vertido de un metal fundido (por ejemplo, hierro fundido) alrededor de un material duro, resistente al desgaste, colocado en el molde, para fijar el material resistente al desgaste a la parte de metal fundido y crear un material compuesto resistente al desgaste. Un inconveniente importante de este método es que el sustrato sobre el cual se fija el material resistente al desgaste mediante este método está limitado a los materiales que son adecuados para la fundición. Además, el material resistente al desgaste se limita generalmente a intervalos de fracción de volumen de 5-50% y se limitan a partículas mayores de 50 pm, y las partes se limitan generalmente a espesores de menos de 6,25 mm (0,250 pulgada). Además, este método requiere el sobrecalentamiento de la aleación fundida a aproximadamente 200 °C a 400 °C, lo que conduce a una disolución significativa de las partículas de carburo y de este modo se degradan las propiedades del material compuesto resultante. Además, dado que dicha colada se realiza en aire, hay una posibilidad de una oxidación tanto de las partículas duras como de la matriz de metal, y los óxidos puede quedar atrapados en el material compuesto y degradar la performance en cuanto a desgaste y la performance mecánica.

Otra técnica común para la producción de piezas resistentes al desgaste es la infiltración de aleaciones basadas en níquel, aleaciones a base de cobre y/o hierro fundido en una masa porosa tanto de carburo de tungsteno puro y partículas de carburo cementadas. Sin embargo, las aleaciones basadas en níquel y cobre son caras, y el hierro fundido no tiene una tenacidad que sea satisfactoria para todas las aplicaciones. El hierro dúctil representa un material mucho más económico que es moldeable y tiene buena tenacidad a la fractura. Sin embargo, las condiciones empleadas para estas técnicas no son adecuadas para la infiltración de hierro dúctil. Además, las temperaturas de infiltración que participan en estas técnicas son tan elevadas que tiene lugar una degradación significativa de las partículas duras. En el caso de la infiltración de hierro fundido en carburos fundidos esféricos en las que se utilizan estas técnicas, las partículas de carburo originales pueden desintegrarse por completo. Como resultado de la interacción metalúrgica entre los metales aglutinantes fundidos con partículas de carburo duras, para estas técnicas el tamaño de las partículas típicamente se debe mantener por encima de 1 ,14 mm (0,045 pulgada), de modo que incluso después de la reacción queda una fracción comparativamente significativa de partículas duras para proveer una resistencia al desgaste.

Por consiguiente, si bien determinados productos y métodos existentes proveen una serie de rasgos ventajosos, sin embargo tienen ciertas limitaciones. La presente invención pretende superar algunas de estas limitaciones y otras desventajas de la técnica anterior, y proveer rasgos nuevos no disponibles hasta ahora.

BREVE SÍNTESIS A continuación, se presenta una síntesis general de los aspectos de la invención con el fin de proveer una comprensión básica de la invención. Esta síntesis no es una amplia descripción de la invención. No se pretende identificar elementos clave o críticos de la invención ni delinear el alcance de la invención. La siguiente síntesis sólo presenta algunos conceptos de la invención en una forma general como un preludio a la descripción más detallada que se provee a continuación.

Los aspectos de la presente invención se refieren a un método para usar en la formación de un revestimiento compuesto resistente al desgaste sobre un sustrato. Un molde se posiciona próximo a una superficie del sustrato, de modo tal que la superficie esté en comunicación con una cavidad del molde y un material resistente al desgaste poroso se coloca dentro de la cavidad, en proximidad cercana a la superficie. Un material de matriz metálica se coloca luego en comunicación con la cavidad y el molde y el material de la matriz se calientan hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz. La temperatura se mantiene por encima del punto de fusión durante un tiempo suficiente para que el material de la matriz se infiltre en el material resistente al desgaste en forma fundida y entre en contacto la superficie del sustrato. Después de ello, el molde y el material de la matriz se enfrían para solidificar el material de la matriz y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste que incluye el material resistente al desgaste embutido dentro del material de la matriz sobre la superficie del sustrato. El material de la matriz puede ser hierro dúctil en una forma de realización y el hierro dúctil puede tener una composición que incluye, en porcentaje en peso, aproximadamente 3,0-4,0% de carbono, aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio, aproximadamente 0,1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1% de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas. Se entiende que se pueden incluir otros elementos y adiciones en el hierro dúctil, tales como níquel (hasta el 37% en peso), cromo (hasta el 5,5% en peso) y/o silicio (hasta el 5,5% en peso).

De acuerdo con un aspecto, el material resistente al desgaste puede incluir uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones. Los ejemplos de carburos que se pueden usar incluyen: WC, TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C y Mo2C y sus combinaciones. Los ejemplos de nitruros que se pueden usar incluyen: TiN, BN, S¡3N , ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN y WN y sus combinaciones. Los ejemplos de boruros que se pueden usar incluyen: boruro de titanio, boruro de cromo, boruro de tungsteno, boruro de níquel, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de tantalio, boruro de niobio, boruro de vanadio, boruro de molibdeno, boruro de silicio, boruro de aluminio y otros boruros de metales de transición y sus combinaciones. Los ejemplos de siliciuros que se pueden usar incluyen siliciuros de metales de transición. El material resistente al desgaste también puede tener un revestimiento compatible humectante.

De acuerdo con otro aspecto, el revestimiento compuesto se puede formar sobre una pluralidad de superficies del sustrato o se puede formar sobre sólo una porción de la superficie del sustrato.

De acuerdo con otro aspecto, el material resistente al desgaste poroso puede estar en la forma de un material particulado flojo o en la forma de una preforma porosa formado de un material particulado ligado entre sí para formar la preforma porosa. El material particulado en la preforma se puede unir entre sí de muchas diferentes maneras, tales como por sinterización o por un material polimérico. Si un material polimérico se usa para la unión, el material se puede seleccionar de modo que la temperatura de soldadura fuerte sea suficiente para remover el material polimérico del material particulado durante el calentamiento.

De acuerdo con otro aspecto más, el molde puede ser o puede incluir una envuelta metálica laminada conectada con el sustrato para definir la cavidad. La envuelta puede tener una abertura hacia el exterior de la envuelta y el material resistente al desgaste poroso se puede ubicar dentro de la cavidad por inserción a través de la abertura. Tal envuelta puede tener un espesor de pared significativamente menor que el espesor del sustrato y se puede soldar con la superficie externa del sustrato.

De acuerdo con otro aspecto más, el calentamiento se lleva a cabo dentro de una cámara de horno y la cámara se puede evacuar (por ejemplo, 0,0001 ó 0,001 Torr a 0,010 Torr o incluso menor presión) antes de que la temperatura alcance el punto de fusión del material de la matriz. Un gas inerte se puede introducir en la cámara después de fundirse el material de la matriz. Alternativamente, la fusión se puede llevar a cabo en presencia de un gas inerte, como por introducción de gas argón en la cámara antes de fundirse el material de la matriz. En esta forma de realización, el molde tiene una porción permeable en contacto con el material resistente al desgaste poroso para permitir que el gas residual se escape de la porción permeable durante la infiltración.

De acuerdo con un aspecto adicional, el material de la matriz se puede colocar al menos parcialmente de forma lateral u horizontal respecto del material resistente al desgaste y el método también puede incluir la colocación de un medio de desplazamiento (por ejemplo, un medio fluido como perlas de cerámica) adyacente al material de la matriz y opuesto al material resistente al desgaste. El medio de desplazamiento soporta el material de matriz fundido y desplaza el material de matriz fundido cuando el material de matriz fundido se infiltra en el material resistente al desgaste. También se puede colocar una barrera entre el medio de desplazamiento y el material de la matriz, para resistir la permeación del material de matriz fundido en el medio de desplazamiento. Un ejemplo de infiltración lateral es cuando el sustrato es una estructura tubular, de modo tal que el material de matriz fundido se infiltra lateralmente hacia fuera para formar el revestimiento compuesto sobre la superficie interna de la estructura tubular. En esta configuración, el medio de desplazamiento se coloca en un centro de la estructura tubular y se desplaza hacia fuera cuando el material de matriz fundido se infiltra en el material resistente al desgaste.

Aspectos adicionales de la invención se refieren a un sistema para usar en la formación de un revestimiento compuesto resistente al desgaste sobre una superficie de un sustrato. El sistema puede incluir un molde posicionado próximo a la superficie del sustrato, de modo tal que la superficie esté en comunicación con la cavidad del molde, un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad, en cercana proximidad con la superficie y un material de matriz metálico en comunicación con la cavidad. El sistema puede ser útil en conexión con un método de acuerdo con los aspectos descritos con anterioridad, de modo de calentar el molde y el material de la matriz hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz y mantener la temperatura durante un tiempo suficiente para que el material de la matriz se infiltre en el material resistente al desgaste en forma fundida y entre en contacto la superficie del sustrato y luego enfriar el molde y el material de la matriz para solidificar el material de la matriz y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste sobre la superficie del sustrato. Tal como se describió con anterioridad, el material de la matriz puede ser hierro dúctil.

De acuerdo con un aspecto, el material resistente al desgaste puede incluir uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones, incluyendo los materiales descritos con anterioridad.

De acuerdo con otro aspecto, el material resistente al desgaste poroso puede estar en la forma de un material particulado flojo o en la forma de una preforma porosa formada de un material particulado ligado entre sí para formar la preforma porosa, tal como se describió con anterioridad.

Otros aspectos de la invención se refieren a un artículo de fabricación, que se puede fabricar de acuerdo con un sistema y/o un método de acuerdo con los aspectos descritos con anterioridad o por otros sistemas y/o métodos. El artículo incluye un sustrato metálico que tiene una superficie con un revestimiento compuesto resistente al desgaste unido con la superficie. El revestimiento compuesto resistente al desgaste incluye un material particulado resistente al desgaste, así como un material de matriz metálico que liga entre sí el material particulado resistente al desgaste. El revestimiento puede ser un revestimiento continuo. El material de la matriz se une luego con la superficie del sustrato para ligar el revestimiento compuesto resistente al desgaste con el sustrato. El material de la matriz metálica puede ser hierro dúctil, que puede tener una composición tal como se describió con anterioridad. El método se puede usar para preparar revestimientos con espesores de al menos 0,005 pulgadas y típicamente mayores a 0,040 pulgadas. El método puede lograr distancias de infiltración de hasta 6 pulgadas o más o hasta 7,5 pulgadas o más en algunas formas de realización y por ello se puede usar para preparar revestimientos con un mayor espesor que el sustrato en sí, como hasta 6 pulgadas o más, hasta 7,5 pulgadas o más o incluso mayores espesores en diversas formas de realización.

De acuerdo con un aspecto, el material resistente al desgaste puede incluir uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones, incluyendo los ejemplos descritos con anterioridad.

De acuerdo con otro aspecto, el sustrato tiene una pluralidad de salientes conectadas con la superficie y que se extienden hacia afuera de la superficie. Las salientes están embutidas dentro del revestimiento compuesto resistente al desgaste. Como un ejemplo, las salientes pueden ser una pluralidad de miembros en forma de nervaduras o placas simétricamente distribuidos sobre la superficie externa del sustrato.

De acuerdo con otro aspecto, el artículo puede ser un miembro de desgaste para excavar, minar u otro equipo de movimiento de tierras y el sustrato se puede formar por medio de una porción de trabajo del miembro de desgaste, de modo tal que el revestimiento compuesto cubre la porción de trabajo.

Otras características y ventajas de la invención serán obvias de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para permitir una compresión más completa de la presente invención, se describirá ahora a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los que: FIG. 1 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de infiltración vertical desde arriba para formar un material compuesto resistente al desgaste, de acuerdo con una forma de realización de la presente invención; FIG. 2 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de infiltración vertical desde abajo para formar un material compuesto resistente al desgaste, de acuerdo con una forma de realización de la presente invención; FIG. 3 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de infiltración horizontal para formar un material compuesto resistente al desgaste, de acuerdo con una forma de realización de la presente invención; FIG. 4 es una ilustración esquemática que muestra una forma de realización de un sistema y método de formación de un material compuesto resistente al desgaste sobre un sustrato usando infiltración vertical, antes de la infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 5 es una ilustración esquemática que muestra el sustrato que tiene el material compuesto resistente al desgaste formado sobre él usando el método tal como se muestra en la FIG. 4, después de la infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 6 es una ilustración esquemática que muestra otra forma de realización de un sistema y método de formación de un material compuesto resistente al desgaste sobre un sustrato usando infiltración hacia afuera, antes de la infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 7 es una ilustración esquemática que muestra una sección transversal del sistema tal como se muestra en la FIG. 6; FIG. 8 es una ilustración esquemática que muestra otra forma de realización de un sistema y método de formación de un material compuesto resistente al desgaste sobre un sustrato usando infiltración vertical y horizontal, antes de la infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 9 es una ilustración esquemática que muestra otra forma de realización de un sistema y método de formación de un material compuesto resistente al desgaste sobre un sustrato usando infiltración vertical y horizontal, antes de la infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 10 es una fotomicrografía que ilustra un ejemplo de partículas de carburo de tungsteno fundido esférico en una matriz de hierro dúctil, producida usando un método de acuerdo con la presente invención; FIG. 11 es una fotomicrografía que ilustra una interfase entre un compuesto de carburo de tungsteno fundido esférico / hierro dúctil y hierro dúctil en exceso que queda después del proceso de infiltración usando un método de acuerdo con la presente invención; FIG. 12 es una ilustración esquemática que muestra otra forma de realización de un sustrato que tiene el material compuesto resistente al desgaste formado sobre él usando un método de infiltración, de acuerdo con aspectos de la presente invención; FIG. 13 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de un sistema y método para infiltración de un material resistente al desgaste poroso con un material soldado en un horno en condiciones de vacío, de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención; FIG. 14 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de un sistema y método para infiltración de un material resistente al desgaste poroso con un material soldado en un horno en condiciones de vacío antes de fundir el material soldado, de acuerdo con una forma de realización de la presente invención; FIG. 15 es una ilustración esquemática del sistema y método de la FIG. 14, con presión parcial de Ar introducida en el horno después de fundir el material soldado; FIG. 16 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo de un sistema y método para infiltración de un material resistente al desgaste poroso con un material soldado en un horno bajo presión parcial de Ar, de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención; FIG. 17 es una vista en perspectiva de otra forma de realización de un sustrato configurado para usar de acuerdo con aspectos de la presente invención, en la forma de un punto para equipo de excavación o minado; FIG. 18 es una vista transversal del sustrato de FIG. 17, que un material compuesto resistente al desgaste formado sobre una superficie externa; FIG. 19 es una vista en perspectiva de una forma de realización de una envuelta configurada para usar como un molde para formar un material compuesto resistente al desgaste de acuerdo con aspectos de la presente invención; y FIG. 20 es una vista transversal de la envuelta de la FIG. 19 conectada con una forma de realización de un sustrato en la forma de un punto para equipo de excavación o minado, configurado para usar en la formación de un material compuesto resistente al desgaste de acuerdo con aspectos de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Si bien esta invención es susceptible de realización en muchas formas diferentes, se muestran en los dibujos y se describirán en detalle en la presente las formas de realización preferidas de la invención entendiendo que la presente descripción se ha de considerar como una ejemplificación de los principios de la invención y no pretende limitar los amplios aspectos de la invención a las formas de realización ilustradas y descritas.

En general, los aspectos de la invención se refieren a sistemas y métodos de formación de un material compuesto resistente al desgaste que incluyen colocar un material de relleno poroso resistente al desgaste en una cavidad de molde e infiltrar el material de relleno con un material de matriz por calentamiento hasta una temperatura suficiente para fundir el material de la matriz, luego enfriar el conjunto para formar un material compuesto resistente al desgaste. El material compuesto resultante incluye el material de la matriz intermezclado con el material de relleno y unido con el material de relleno, donde el material de la matriz liga el compuesto con el sustrato y también puede unirse junto con el material de relleno. El sistema y método se pueden usar para formar el material compuesto resistente al desgaste sobre la superficie de un sustrato, como una parte para minado, excavación u otro equipo para movimiento de tierras u otra parte mecánica. Se entiende que la "superficie" de un sustrato como se describe en la presente puede incluir una pluralidad de diferentes superficies y no implica ningún contorno a tales superficies a menos que se indique explícitamente. El sustrato puede ser cualquier material con un punto de fusión que es apropiado para el proceso de infiltración, por ejemplo, con un punto de fusión que es superior al material de la matriz. Los ejemplos de estos sustratos incluyen materiales metálicos producidos por medio de fundición, forjado y metalurgia en polvo, así como cerámicos y materiales a base de cerámicos como cerámicos metalizados. En una forma de realización, el sustrato puede ser acero carbonado, acero de aleación, acero inoxidable o acero para herramientas. El sistema y método se pueden usar alternativamente para formar el material compuesto resistente al desgaste como una única pieza.

En una forma de realización, el método utiliza hierro dúctil como el material de la matriz y produce un compuesto denso, duro y resistente con excelente resistencia al desgaste y solidez. Adicionalmente, el hierro dúctil tiene un punto de fusión que es suficientemente bajo para permitir la fusión sin exceso de calentamiento. Todos los tipos / grados de hierro dúctil pueden ser de utilidad de acuerdo con la invención, incluyendo cualquier hierro dúctil que está dentro del alcance definido por la norma estándar ASTM A536-84 (reaprobado, 2004), que se incorpora por referencia en la presente. En una forma de realización, un material de matriz de hierro dúctil puede tener una composición, en porcentaje en peso, de aproximadamente 3,0-4,0% de carbono; aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio; aproximadamente 0, 1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1 % de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas. Tal como se usa en la presente, el término "aproximadamente" designa una variación de +/-10% de los valores nominales enumerados (por ejemplo, los puntos terminales de los rangos de la composición). En otra forma de realización, la composición puede no incluir esta variación. En otra forma de realización, la anterior composición puede incluir otras adicionales de aleación, tales como adiciones de Ni, Cr y/o Si, para mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y/o propiedades de altas temperaturas del material de la matriz. Por ejemplo, se puede añadir Ni en cantidades de hasta el 37% en peso, Cr se puede añadir en cantidades de hasta el 5,5% en peso, y/o Si se puede añadir en cantidades de hasta aproximadamente el 5,5% en peso en diversas formas de realización. Una aleación de hierro dúctil puede incluir otras adiciones de aleación en otras formas de realización, incluyendo adiciones de aleación que pueden mejorar el rendimiento. Las aleaciones de hierro dúctil con estas adiciones de aleación se conocen como hierros dúctiles en alta aleación y, en general, entran dentro de los alcances de las normas ASTM A439 y A571 , que también se incorporan en la presente por referencia. Estas aleaciones pueden ser utilizadas también de acuerdo con formas de realización del sistema y el método descritos en la presente. En otras formas de realización, se puede utilizar cualquier adición de aleación para lograr diferentes propiedades y/o microestructuras, siempre que no afecten adversamente las propiedades o la microestructura de una manera excesiva, como incrementar la temperatura de infiltración de modo significativo y/o degradar las propiedades de la matriz o el material resistente al desgaste resultante. El método se puede utilizar para crear un compuesto con un material de matriz metálico distinto de hierro dúctil, en una forma de realización alternativa.

El material de la matriz se puede proporcionar en una variedad de formas. Por ejemplo, en una forma de realización, el material de la matriz se puede proporcionar en forma monolítica como uno o varios bloques, lingotes, etc. En otra forma de realización, el material de la matriz se puede proporcionar en forma particulada como polvo, fibras, patillas, etc. En otra forma de realización, el material de la matriz se puede proporcionar en una forma porosa. El material de la matriz se puede proporcionar en una combinación de estas formas en formas de realización adicionales.

Se pueden usar diversos materiales duros y resistentes al desgaste como el material de relleno en conexión con diferentes formas de realización, incluyendo diversos carburos, nitruros, boruros y siliciuros, así como otros materiales duros y resistentes al desgaste y mezclas de estos materiales, incluyendo otros tipos de materiales cerámicos. Estos materiales se pueden proporcionar en forma virgen y/o con revestimientos apropiados que proporcionan compatibilidad humectante. Por ejemplo, cuando las partículas de material resistente al desgaste no son compatibles en humectación con el material de la matriz, las partículas de material resistente al desgaste se pueden recubrir con revestimientos compatibles en humectación antes de usarlas para formar el material compuesto por soldadura fuerte con infiltración. Los carburos que se pueden usar como el material de relleno incluyen carburo de tungsteno (WC), TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C y M02C y otros carburos. En una forma de realización, se usa WC fundido esférico, WC fundido picado y/o WC cementado como el material de relleno. Los nitruros que se pueden usar como el material de relleno incluyen TiN, BN, Si3N4, ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN, WN y otros nitruros. Los boruros que se pueden usar como el material de relleno incluyen boruros de metales de transición tales como boruro de titanio, boruro de cromo, boruro de tungsteno, boruro de níquel, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de tantalio, boruro de niobio, boruro de vanadio, boruro de molibdeno, boruro de silicio y boruro de aluminio, así como otros boruros. Los siliciuros que se pueden usar como el material de relleno incluyen siliciuros de metales de transición. Otros materiales que se pueden usar como materiales de relleno incluyen compuestos intermetálicos de metales de transición. En una forma de realización, el material de relleno se pueden seleccionar en base al material que tiene una solubilidad limitada en el material soldado fundido, a fin de limitar o evitar la disolución del material de relleno en el material soldado. Tal como se usa en la presente, no se debe considerar que las expresiones "material de matriz" y "material de relleno" impliquen que el material de la matriz o el material de relleno forme cualquier proporción específico del material compuesto. Por ejemplo, el material de la matriz no necesita formar una mayor parte o una pluralidad de material compuesto y el material de relleno puede formar una mayor parte o una pluralidad de material compuesto en algunas formas de realización.

El material de relleno poroso se puede proporcionar en una o varias formas diferentes. En una forma de realización, el material de relleno poroso puede estar en forma de un material particulado flojo, como polvo, fibras, plaquitas, etc. El método puede utilizar un amplio rango de tamaños de partícula en diversas formas de realización, incluyendo tamaños de partículas inferiores a 50 pm o tamaños de partículas inferiores a 1 mm. En una forma de realización, el material de relleno particulado puede tener un tamaño de partícula que es mayor que 0,1 pm. En otra forma de realización, el material de relleno particulado puede tener un tamaño de partícula que es mayor que 0,1 µ?t? y hasta 5 mm. En otra forma de realización, el material de relleno particulado puede tener un tamaño de partícula de aproximadamente 500 µ??. En una forma de realización, el material de relleno puede proporcionarse en múltiples tamaños de partícula, como una combinación de partículas gruesas y finas, cuya combinación se puede usar para lograr una mayor densidad y/o fracción volumétrica del material de relleno. En cualquier fracción volumétrica dada de material de relleno, este uso de partículas finas lleva en general a tamaños de poros más finos y puede aumentar la fuerza de rendimiento del material de la matriz que rellena estos poros, aumentando así la resistencia general al desgaste del material. Cuando el material particulado se coloca en una cavidad del molde, los espacios entre las partículas forman una estructura porosa que se puede infiltrar por medio del material de la matriz. En otra forma de realización, el material de relleno poroso puede estar en forma de una preforma porosa. La porosidad de la preforma porosa puede variar del 5% al 95% en una forma de realización. Por ejemplo, la preforma porosa puede incluir un material particulado que se une por medio de un material ligante como un aglutinante polimérico. Una preforma se puede unir al material de sustrato, como por un adhesivo que se volatilizará durante el proceso de infiltración. Después de la infiltración, el material de matriz fundido tiene una temperatura suficiente para remover el material aglutinante (como por fusión, volatilización, etc.) de modo que el material de la matriz pueda rellenar los poros dejados por la eliminación del aglutinante además de los poros entre las partículas. Como otro ejemplo, la preforma porosa puede incluir un material particulado que se liga entre sí por sinterización de modo que los poros existen entre las partículas. En una forma de realización, una preforma presintetizada puede tener un tamaño de poro que está en el orden del tamaño de partícula, dado que la parte se puede sinterizar ligeramente para lograr el crecimiento del cuello entre las partículas y proporcionar cierta fuerza de manipulación mecánica. Otros materiales porosos se pueden usar también tales como esteras de fibras tejidas o telas. En otra forma de realización, el material de relleno poroso se puede proporcionar en una combinación de formas diferentes. Por ejemplo, en una forma de realización, el material de filtro puede incluir una o varias preformas que forman una porción del material de relleno, formando otras porciones formadas por un material particulado (por ejemplo, polvos sueltos, fibras, plaquitas, etc.) y/o esteras de fibras no tejidas o telas.

La operación de soldadura fuerte por infiltración del material de relleno por medio del material de la matriz se puede llevar a cabo, en general, por calentamiento del material de la matriz por encima de su punto de fusión mientras está en contacto o, en caso contrario, en comunicación con el material de relleno, para permitir que el material de matriz fundido entre en contacto con el material de relleno e infiltrar el material de relleno poroso. El material de relleno se coloca en general en contacto o, caso contrario, en comunicación con el sustrato durante la infiltración, a fin de poner en contacto el material de la matriz con el sustrato material durante infiltración para conectar el material compuesto resultante con el sustrato. Se pueden utilizar diversos moldes en conexión con la infiltración, tal como se describe más abajo. Las FIGS. 1-3 ilustran diversas configuraciones de infiltración de acuerdo con diversas formas de realización, donde cada una ilustra esquemáticamente un material de matriz fundido 16 que se infiltra en un material de relleno 15 en una cavidad 1 1 de un molde 12. La FIG. 1 ilustra la infiltración vertical hacia abajo, en donde la gravedad ayuda a la infiltración. Sin embargo, como la infiltración se conduce principalmente por acción capilar, infiltración horizontal, infiltración vertical hacia arriba, infiltración hacia arriba / radial y otras configuraciones de infiltración que puede no utilizar la gravedad o pueden trabajar contra la gravedad. La FIG. 2 ilustra un ejemplo de infiltración vertical hacia arriba y la FIG. 3 ilustra un ejemplo de infiltración horizontal. Las FIGS. 6-7, tratadas más abajo con mayor detalle, ilustran un ejemplo de infiltración hacia fuera o radial que se puede considerar otro ejemplo de infiltración horizontal. En cualquier forma de realización de infiltración no hacia abajo, se puede utilizar una técnica para desplazar el material de matriz fundida 16 que se infiltró en el material de relleno 15, a fin de mantener el material de matriz fundido 16 en contacto con el material de relleno 15 hasta completar la infiltración. Por ejemplo, el molde 12 se puede mover durante la infiltración para mantener el material de la matriz 16, el material de relleno 15 y el sustrato en contacto / comunicación apropiados. Como otro ejemplo, un mecanismo a pistón u otro mecanismo a presión se pueden usar para asegurar que el material de la matriz 15 esté siempre en contacto con el material de relleno durante la infiltración. En otro ejemplo, se puede usar un material móvil como perlas de cerámica, para desplazar el material de matriz infiltrado, tal como se describe más abajo y se muestra en las FIGS. 6-9.

En una forma de realización, el material de matriz o soldadura se sobrecalienta de 25 °C a 75 °C por encima del punto de fusión, que es significativamente menor que el sobrecalentamiento típicamente requerido para la fundición. En una forma de realización de ejemplo, donde se usa un material de hierro dúctil como el material de la matriz, la infiltración se puede llevar a cabo en un rango de temperatura de 2150 °F a 2275 °F o una temperatura de 2175 °F en otra forma de realización. El período de tiempo de mantenimiento para la infiltración puede ser de 1 a 60 minutos en una forma de realización, con longitudes de infiltración mayores que utilizan en general mayores tiempos de infiltración. La infiltración se puede llevar a cabo en una atmósfera inerte en una forma de realización, como una atmósfera de argón (Ar), que puede evitar la salpicadura de metal fundido inducido por volatilización a temperaturas superiores al punto de fusión. En una forma de realización, la presión de argón durante la infiltración puede ser de aproximadamente 6,5 x 10~5 atm 3 4 x 1 o-4 atm. Se tratan más abajo diversas atmósferas que se pueden usar para infiltración con mayor detalle y se ilustran en las FIGS. 13-16. Después de la infiltración, la parte se puede enfriar, por ejemplo, enfriamiento hasta 1700 °F hasta aproximadamente 20-30 minutos y luego enfriamiento más lentamente hasta temperatura ambiente en una forma de realización. De acuerdo con la naturaleza de los materiales implicados, en particular el sustrato material, se puede realizar el posprocesamiento como mecanización y/o tratamiento térmico. Por ejemplo, según la identidad del sustrato, los tratamientos térmicos como estandarización, endurecimiento seguido de atemperación o martemplado seguido de atemperación se pueden llevar a cabo de acuerdo con técnicas conocidas. Se entiende que algunos sustratos no serán beneficiosos para algunos tratamientos térmicos. La mecanización se puede desear o no, en base a la aplicación pretendida de la parte resultante.

La infiltración del material de relleno como se describió anteriormente se debe principalmente a la acción capilar, es decir, la presión capilar que actúa sobre la parte anterior de infiltración. El diferencial de presión en la parte anterior de infiltración depende de muchos factores, incluyendo la tensión superficial del material de matriz fundido, el ángulo de contacto del material de matriz fundido con respecto al material de relleno, las características geométricas del material de relleno (por ejemplo, porosidad, tortuosidad, la variación en tamaño y forma de los poros, y su efecto sobre el ángulo de contacto aparente del material fundido), y la presión de cualquier gas residual en el material de relleno. La libertad de controlar muchos de estos factores puede ser limitada dentro de un sistema específico de matriz /carga. La presión de gas residual puede controlarse por lo menos parcialmente, y la minimización de la presión del gas residual en el material de relleno puede maximizar el diferencial de presión y la fuerza motriz de la acción capilar. Esto, a su vez, puede maximizar la distancia potencial en que el material de la matriz puede infiltrarse en el material de relleno. Por lo menos en algunas configuraciones, el uso de material de relleno en la forma de una o más preformas puede maximizar la distancia de infiltración en comparación con otras formas de material de relleno.

Las Figuras. 13-16 ilustran sistemas o conjuntos para formar un material compuesto resistente al desgaste, en donde se utilizan diferentes atmósferas durante la operación de soldadura fuerte para controlar y/o minimizar la presión del gas residual en el material de relleno 15. En estas formas de realización, la infiltración se realiza en un horno 30 con una cámara 31 que sostiene el molde 12, el material de matriz 16, y el material de relleno 15, en donde la atmósfera dentro de la cámara 31 puede ser controlada. Se entiende que el conjunto puede incluir además un sustrato (no mostrado) que está en comunicación con el molde 12 como se describe a continuación. La atmósfera en la operación de soldadura fuerte puede ser controlada para ayudar en la consecución de un gradiente de presión capilar que es suficiente para conducir la infiltración del material de matriz a través de distancias más grandes/más largas a través del material de relleno, tales como distancias de aproximadamente 5-7 pulgadas o mayor. En cada una de las formas de realización descritas a continuación y mostradas en las Figuras 13-16, se hace sustancialmente un vacío en la cámara 31 antes de la fusión del material de matriz 16. En una forma de realización se prefiere la realización del vacío por lo menos al inicio del proceso de infiltración, con el fin de evitar la oxidación de material de relleno. Sin embargo, en otras formas de realización pueden utilizarse productos diferentes consistentes en no realizar un vacío o recurrir a un vacío menos elevado, como se expuso con anterioridad.

La Figura 13 ilustra una forma de realización de un sistema 500 para la infiltración, donde se realiza la infiltración bajo condiciones de vacío. En esta forma de realización, se hace el vacío en la totalidad de la cámara 31 antes de la fusión del material de matriz 16 y se mantiene bajo condiciones de vacío durante todo el proceso de infiltración. En una forma de realización, la presión del gas después de la realización del vacío puede ser de 0,001-0,010 Torr, o puede ser tan bajo como 0,0001 Torr en otra forma de realización (por ejemplo 0,0001-0, 10 Torr), o puede estar por debajo de 0,0001 Torr en una forma de realización adicional. En una forma de realización, la infiltración puede realizarse a aproximadamente 2180-2225 °F durante aproximadamente 30-60 minutos. La realización del vacío en la cámara antes de la fusión del material de matriz 16 reduce o elimina la presión del gas residual en el material de relleno 15, que ayuda en la realización de la infiltración a través de la acción capilar. Se observa que las salpicaduras debidas a la volatilización de productos químicos en el material de matriz pueden presentarse como resultado de mantener el sistema bajo vacío después de que el material de la matriz haya sido fundido cuando se utilizan determinadas aleaciones, particularmente aleaciones con un contenido significativo de manganeso. Tales salpicaduras no sólo pueden dañar el equipo en el horno 30, sino también puede reducir la cantidad de material de matriz 16 disponible para la soldadura fuerte. Estas salpicaduras pueden ser mitigadas manteniendo el contenido de Mn de la aleación suficientemente bajo, aunque esto puede ser costoso. Esta salpicadura también se puede evitar mediante la presencia de Ar o de otro gas no reactivo en la cámara 31 después de que el material de matriz 16 ha sido fundido.

Las Figuras 14-15 ilustran otra forma de realización de un sistema 600 para la infiltración, en la se introduce gas Ar en la cámara 31 después de que el material de matriz 16 se haya fundido. Como se muestra en la Figura. 14, se hace el vacío en la cámara 31 como se ha descrito anteriormente antes del proceso de soldadura fuerte, de manera similar como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura. 13. Como se describió anteriormente, en una forma de realización la infiltración puede realizarse a aproximadamente 2180-2225 °F durante aproximadamente 30-60 minutos. Después de que el material de matriz 16 se haya fundido, se introduce gas argón 32 (u otro gas no reactivo) en la cámara 31. En una forma de realización, se introduce el gas Ar 32 en la cámara 31 hasta que la presión parcial del Ar alcanza aproximadamente 0,050 - 0,100 Torr. La realización del vacío en la cámara antes de la fusión del material de matriz 16 reduce o elimina la presión del gas residual en el material de relleno 15, que ayuda en la conducción de infiltración como se describe anteriormente, y la posterior introducción del gas Ar 32 ayuda a reducir las salpicaduras causadas por sustancias volátiles. En un ejemplo que utiliza un sistema tal como se muestra en las Figuras 14-15, se encontró que el material de matriz 16 infiltra al menos 7,5 pulgadas de material de relleno 15 durante la infiltración a 2180 °F, cuando la atmósfera de Ar se introdujo después de la fusión del material de matriz 16. Sin embargo, cuando se introdujo la atmósfera de Ar antes de la fusión, se encontró que el material de matriz 16 infiltró solamente 6,5 pulgadas a lo sumo, independientemente del tiempo durante el que el sistema se mantuvo a la temperatura de infiltración. Esto indica que el gas residual en el material de relleno 15 puede limitar la longitud de la infiltración que se puede lograr a través de la acción capilar.

La Figura 16 ilustra otra forma de realización de un sistema 700 para la infiltración, en la que se introduce gas Ar 32 en la cámara 31 antes de la fusión del material de matriz 16. Como se describió de manera similar anteriormente con respecto a la Figura 14, en esta forma de realización se hace el vacío en la cámara 31 como se describió anteriormente durante el proceso de calentamiento hasta que el sistema alcanza casi la temperatura de fusión del material de matriz 16 (por ejemplo hasta que la temperatura alcanza aproximadamente 2150 °F para el hierro dúctil). En este momento, el gas Ar 32 u otro gas no reactivo son introducidos en la cámara 31 antes de la fusión del material de matriz 16. Como se describió de manera similar anteriormente, en una forma de realización el gas 32 puede ser introducido hasta que se logre una presión parcial de Ar de 0,050 a 0, 100 Torr. Como se describió anteriormente, en una forma de realización la infiltración puede realizarse a aproximadamente 2180-2225 °F durante aproximadamente 30-60 minutos. Con el fin de evitar que la presión del gas residual en el material de relleno 15 limite la infiltración, el molde 12 está provisto de una porción permeable 33 en contacto con el material de relleno 15. La porción permeable 33 puede ser porosa o de alguna otra manera permeable a los gases, para permitir que el gas residual se escape del material de relleno 15 durante la infiltración, a fin de no limitar la infiltración del material de matriz 16. La porción permeable 33 puede estar provista en términos generales opuestamente al material de matriz 16 para evitar el material de matriz 16 que cubre o selle la porción permeable 33 para impedir el escape de gas residual antes de la terminación de la infiltración. Como se describió anteriormente, la presencia del gas Ar suprime las salpicaduras del material de matriz fundido 16. En un ejemplo en el que se utiliza un sistema tal como se muestra en la Figura 16, donde el molde 12 incluye la porción permeable 33, el material de matriz 16 demostró infiltrar al menos 7,5 pulgadas de material de relleno 15 durante la infiltración a 2225 °F, cuando la atmósfera de Ar se introdujo antes de la fusión del material de matriz 16. Sin embargo, cuando el molde 12 se selló y el frente de la infiltración no estaba en comunicación con la atmósfera en la cámara 31 después de la fusión del material de matriz 16, se descubrió que la infiltración se extiende sólo 6,5 pulgadas a lo sumo. Esto indica que el mantenimiento del frente de infiltración en comunicación con la atmósfera en la cámara 31 puede reducir el efecto de limitación que el gas residual en el material de relleno 15 puede tener sobre la fuerza que impulsa la acción capilar.

Las Figuras 4-5 ilustran una forma de realización de ejemplo de un sistema o conjunto 100 para formar un material compuesto resistente al desgaste, y un método que utiliza el sistema o conjunto 100. En esta forma de realización, el sustrato 10 (por ejemplo, un punto de una herramienta excavadora) se coloca con una cavidad 11 de un molde 12, de tal manera que el molde 12 atrapa un volumen en la cavidad 11 entre la superficie interior 13 del molde 12 y el superficie exterior 14 del sustrato 10, como se muestra en la Figura 4. El sustrato 10 puede ser preparado de antemano, por ejemplo mediante limpieza y secado para remover el aceite o las sustancias grasas y/o mediante chorro de granalla en el que se utiliza usando arena de granate para eliminar las cascarillas de óxido y hacer que la superficie sea granulosa de modo que el material de matriz se adhiera bien al sustrato 10. El molde 12 puede estar hecho de cualquier material adecuado, tal como un material metálico de elevado punto de fusión, un material cerámico, o grafito. Si es posible, el molde 12 puede ser soldado, soldadura fuerte, o conectado de otra manera a la superficie exterior 14 del sustrato 10, por ejemplo por soldadura en los puntos P. En una forma de realización, el molde 12 es una envuelta de acero que está soldada al sustrato para crear la cavidad 11 , y puede ser limpiada por soplado con granalla abrasivo antes de la soldadura con el fin de evitar la contaminación de la cavidad del molde 11. Dicha forma de realización de este tipo se describe en mayor detalle en lo que sigue, y se muestra en las Figuras 19-20. El material de relleno 15 se inserta en la cavidad de molde 11 en contacto o de alguna otra manera en comunicación con la superficie exterior 14 del sustrato 10, tal como en la forma de un material en forma de partículas o una preforma, tal como se muestra en la Figura 4. El material de matriz 16 se pone en comunicación con el material de relleno 15 y la superficie exterior 14 del sustrato. El material de matriz 16 puede ser colocado dentro de la cavidad demolde 11 , tal como colocando simplemente el material de matriz 16 en la parte superior del material de relleno 15 en forma sólida, tal como se muestra en la Figura 4. En una forma de realización, el material de matriz 16 puede estar en forma de bloque o lingote. En otra forma de realización, el material de matriz 16 puede estar situado en una estructura de alimentación o de inyección. El sistema 100 puede ser entonces preparado para la infiltración, como se ha descrito anteriormente, tal como mediante la colocación del sistema 100 en un horno para su calentamiento, que puede incluir una atmósfera inerte (por ejemplo argón). Puede utilizarse una bandeja o recipiente similar para apoyar el sistema 100 en el horno, tal como una bandeja de acero inoxidable. Durante la infiltración, el material de matriz 16 se funde y se infiltra hacia abajo a través de todo el material de relleno 15, entrando finalmente en contacto con la superficie exterior 14 del sustrato 10.

Después de haberse llevado a cabo la infiltración y que el sistema 100 se enfrió como se describe anteriormente, se forma una parte 17 que tiene un revestimiento de material compuesto 18 sobre la superficie exterior 14, como se muestra en la Figura 5. La parte 17 puede ser retirada del molde 12, lo que puede requerir cortar o romper el molde 12 si se suelda al sustrato 10 y/o se adhiere al recubrimiento 18. El revestimiento compuesto 18 contiene el material de relleno 15 unido sobre si mismos y conectados al substrato 10 por el material de matriz 16. En una forma de realización, el material de relleno 16 puede tener una fracción de volumen de 5 a 95% en el material compuesto 18. En otra forma de realización, el material de relleno 16 puede tener una fracción de volumen de 30 a 85%. En algunas formas de realización, la parte 17 puede tener exceso de material de matriz 19 en al menos una porción de la parte exterior del recubrimiento compuesto 18. El exceso de material 19 puede ser creado intencionalmente y dejada sobre la parte 17, de manera de servir como una base para la soldadura o para la colocación de otra pieza. En cambio, el exceso de material 19, si está presente, se puede eliminar, por ejemplo por mecanizado. El revestimiento compuesto 18 puede estar formado con una amplia gama de espesores, en función de la aplicación deseada. En una forma de realización, una parte 17 puede estar formada con un recubrimiento de material compuesto 18 que es de aproximadamente 0,5" (1 ,27 cm) de espesor, que puede ser utilizable en una amplia variedad de aplicaciones. La parte 17 puede ser un punto, una arista, u otra porción de una pieza de equipo que sostiene impactos y estrés repetidos, y la excelente resistencia al desgaste y la tenacidad del recubrimiento de material compuesto 18 mejora el rendimiento en tales aplicaciones. El equipamiento de excavación / minería representa un ejemplo de una aplicación de una parte 17 producida de acuerdo con los sistemas y métodos descritos en la presente. La Figura 12 ilustra una forma de realización adicional de una parte 17' producida de acuerdo con una forma de realización del sistema y método descritos en la presente, en la forma de un miembro de desgaste para equipos de movimiento de tierras (por ejemplo, un punto de minería de acero) con una parte de trabajo que forma el sustrato 10' superpuesto sobre su superficie exterior 14' con una capa de material compuesto resistente al desgaste 18' como se describió anteriormente. En una forma de realización, la capa de material compuesto 18 se compone de partículas de carburo de tungsteno fundido esféricas o de otro material resistente al desgaste en un material de matriz de hierro dúctil.

Las Figuras 17-18 ilustran otra forma de realización de un sustrato 10 (por ejemplo, un punto de una herramienta de excavación o de minería) que puede ser usado en conexión con el sistema o conjunto 100 como se muestra en las Figuras 4-5, o un sistema/conjunto similar, para producir un recubrimiento de material compuesto resistente al desgaste 18. En función de la identidad y naturaleza del material del sustrato 10, el material de relleno 15, y/o del material de matriz 16, los coeficientes de expansión térmica (CTE, coefficients of thermal expansión) del sustrato 10 y del recubrimiento 18 puede ser no coincidentes. Por ejemplo, cuando se utiliza un sustrato de acero 10. típicamente el acero tiene un CTE mayor que el del recubrimiento 18. Un ejemplo de tal diferencia de CTE puede ser de aproximadamente 2 x 10-6 / °C, en función de los materiales utilizados. Esto, a su vez, puede causar pérdida de adherencia entre el sustrato 10 y el recubrimiento 18, especialmente cuando el recubrimiento 18 se forma sobre la superficie exterior del sustrato 10 (por ejemplo, como se muestra en las Figuras 4-5). En la forma de realización de las Figuras 17-18, el sustrato 10 está provista de salientes 28 en forma de nervaduras sobre la superficie exterior 14. Los salientes 28 pueden ayudar a mitigar los problemas causados por las diferencias en CTE entre el sustrato 10 y el recubrimiento 18 por deformación plástica en respuesta a las presiones ejercidas a medida que el sustrato 10 y el recubrimiento 18 se deforman plásticamente después de la soldadura fuerte. En una forma de realización, las salientes 28 pueden estar formadas de un material con una resistencia relativamente baja y una buena ductilidad a fin de facilitar la deformación plástica. Otras consideraciones en la selección del material para los salientes 28 son su compatibilidad para la conexión con el sustrato 10 (por ejemplo mediante soldadura u otra técnica) y para la unión al recubrimiento 18. Un ejemplo de material adecuado para su uso como salientes unidas a un sustrato de acero 10 es de acero dulce, tal como el AISI 1008. Otros ejemplos de materiales adecuados pueden incluir el acero inoxidable 304, AISI 1018 y AISI 1010, entre otros. Las salientes 28 también proveen superficies adicionales para la unión del recubrimiento 18, y por lo tanto pueden mejorar aún más la unión entre el revestimiento 18 y el sustrato 10. Como puede observarse en la Figura 18, el recubrimiento 18 se forma alrededor de los salientes 28 de tal manera que las salientes 28 están incrustadas en el recubrimiento 18 y unidas al recubrimiento 18 en la pieza terminada 17. Sin embargo, en otras formas de realización, las salientes 28 pueden extenderse al menos hasta la superficie exterior del recubrimiento 18 y puede ser sustancialmente a ras con la superficie exterior del recubrimiento 18.

Las salientes 28 en la forma de realización de las Figuras 17-18 se extienden hacia fuera desde la superficie exterior 14 del sustrato 10 y están en forma de nervaduras o lacas que tienen una longitud y altura significativamente mayor que su espesor. En un ejemplo, las salientes 28 pueden tener una longitud de aproximadamente 1 a 2 pulgadas (paralelo a la dirección de espesor del recubrimiento 18), una altura de aproximadamente 0,25 pulgadas (paralelo a la dirección del espesor del recubrimiento 18), y un espesor de aproximadamente 0,125 pulgada. Además, las salientes 28 en esta forma de realización están orientadas de una manera generalmente axial y están distribuidas de manera bastante uniforme y simétricamente en todas las facetas de la superficie exterior 14 del sustrato 10. En una forma de realización, las salientes 28 pueden tener un grosor, longitud y anchura seleccionados de tal manera que algunas o todas las cepas resultantes de la falta de coincidencia de la expansión térmica es acomodada por la deformación de las salientes 28. Además, en una forma de realización, la longitud de cada protuberancia puede ser mayor que su altura, que a su vez puede ser mayor que el espesor (es decir, longitud> ancho >espesor). Las salientes 28 que utilizan esta relación dimensional incrementan el área potencial de unión para el recubrimiento 18, ya que el área de unión potencial añadida por la saliente 28 es mayor que el área de unión potencial del sustrato 10 cubierto por la protuberancia 28. Las dimensiones de las protuberancias 28 pueden ser modificadas en función del espesor del recubrimiento y de las dimensiones del sustrato. La distancia entre los salientes 28 también puede depender de la ubicación y la geometría del sustrato 10, y en una forma de realización puede variar de 1 "a 3" (2,5 a 7,5 cm). En otras formas de realización, las salientes 28 pueden tener una forma diferente, tal como varillas, conos, clavijas, etc., y puede ser distribuidas y/o orientadas de una manera diferente. Las salientes 28, como se muestra en la Figura 17 están soldados a la superficie exterior 14 del sustrato 10. El sustrato 10 puede ser limpiada con chorro abrasivo después de la soldadura. En otras formas de realización, otras técnicas para la conexión de los salientes 28 al sustrato 10 pueden ser utilizadas. Se entiende que las protuberancias 28 pueden estar formadas del mismo material que el sustrato 10, y que en una forma de realización pueden estar formadas integralmente con el sustrato 10. También se entiende que el sustrato 10 que tiene las protuberancias 28 puede requerir un tratamiento térmico o versiones modificadas de tratamientos térmicos tradicionales después de la soldadura y/o después de soldadura fuerte, en función de los materiales y estructuras usadas. Además, la pieza terminada 17 mostrada en las Figuras 17-18 es un miembro de desgaste, tal como un punto para equipos de movimiento de tierra, y el sustrato 10 está formado por una porción de trabajo del elemento de desgaste, de tal manera que las salientes 28 están conectadas a la porción de trabajo. Se entiende que otros tipos de salientes 28 puede ser utilizados con un miembro de desgaste, y también que las salientes 28, tal como se muestra en las Figuras 17-18 pueden ser utilizados con otros tipos de artículos de fabricación.

Las Figuras 6-9 ilustran otros sistemas y métodos para crear un material compuesto resistente al desgaste de acuerdo con aspectos de la invención. Las Figuras 6-7 ilustran un sistema 200 para la formación de un material compuesto sobre una superficie interior 20 de un sustrato 10 a través de una infiltración hacia el exterior o radial. En esta forma de realización, el sustrato 10 es de forma tubular, y el sustrato 10 se utiliza junto con un molde 12 y una placa 21 para crear una cavidad de molde 1 1 en el interior del sustrato 10. La placa 21 puede estar formada de cualquier material adecuado, incluyendo cualquier material mencionado anteriormente para la construcción de moldes (por ejemplo, grafito, metal o cerámica). Si la placa 21 , el molde 12, y / o el sustrato 10 están hechos de materiales soldables, cualquiera de estos componentes pueden estar conectados por soldadura, sin embargo, la soldadura no es necesaria. El material de relleno poroso 15 está colocado en la superficie interior 20 del sustrato 10 en posición para formar el material compuesto, y el material de matriz 16 se coloca en contacto o están en comunicación con el material de relleno 15. Unas cuentas de cerámica u otro material 22 de desplazamiento también se colocan en la cavidad de molde 1 1 , en posición para desplazar el material de matriz 16 durante la infiltración. Se entiende que el desplazamiento del material de la matriz 16 se hace con el fin de apoyar el material de la matriz 16 en contacto constante con el material de relleno 15 durante la infiltración, y que la infiltración del material de matriz 16 es impulsado principalmente por las fuerzas de otros factores (por ejemplo, la acción capilar), en lugar de la fuerza ejercida por los granos de cerámica 22. Como alternativa, es posible utilizar otra técnica de desplazamiento. En la forma de realización en las Figuras 6-7, el material de matriz 16 puede ser colocado en la cavidad de molde 1 1 de forma tubular (véase la Figura 7), en contacto con el material de relleno 15, y se infiltra hacia el exterior en el material de relleno 15. En cambio, en otra forma de realización el material de matriz 16 puede ser provisto como una pluralidad de palanquillas dispuestas en una formación circular alrededor del material de relleno 15. En esta configuración, las perlas de cerámica 22 se colocan dentro del diámetro interior del material de matriz tubular 16, y las perlas 22 se mueven hacia fuera para desplazar el material de matriz infiltrado 16. Como alternativa puede utilizarse otra técnica de desplazamiento. El sistema 200 se puede colocar en un horno y se procesa como se describe anteriormente para completar la infiltración. La parte resultante tiene un material cerámico sobre la superficie interna 21 del sustrato, y puede incluir material de matriz en exceso, como se describió anteriormente.

La Figura 8 ilustra un sistema 300 para la formación de un material compuesto sobre una superficie exterior 14 de un sustrato 10 a través de la infiltración tanto horizontal como vertical hacia abajo. En esta forma de realización, una porción del sustrato 10 se coloca dentro de la cavidad de molde 1 1 , y se utiliza una placa 21 con el molde 12 para rodear la cavidad de molde 1 1 . La placa 21 puede estar formada de cualquier material adecuado, incluyendo cualquier material mencionado anteriormente para la construcción de moldes (por ejemplo, grafito, metal o cerámica). Si la placa 21 , el molde 12, y/o sustrato 10 están hechos de materiales soldables, cualquiera de estos componentes pueden estar conectados por soldadura; sin embargo, la soldadura no es necesaria. Puede utilizarse unidad miembro adicional 23 para los propósitos de sellado y/o para la terminación de la infiltración, y puede ser posicionado adyacente mente a la placa 21 . Se utilizaría una lámina de grafito o lana cerámica como el miembro adicional 23 para llevar a cabo estas funciones, ya que el material de matriz 15 no moja estos materiales ni penetra en ellos. El material de relleno poroso 15 está colocado sobre la superficie exterior 14 del sustrato 10 en posición para formar el material compuesto, y el material de matriz 16 se coloca en contacto o de alguna otra manera está en comunicación con el material de relleno 15. Como se muestra en la Figura 8, el material de matriz 16 se coloca sobre el material de relleno 15 para la infiltración hacia abajo a lo largo del material de relleno 15 para la infiltración horizontal. Las perlas de cerámica o de otro material de desplazamiento 22 también se colocan sobre la cavidad de molde 1 1 , en posición para desplazar el material de matriz 16 durante la infiltración. Como alternativa, es posible utilizar otra técnica de desplazamiento. En la forma de realización en la Figura. 8, el material de matriz 16 se coloca en la cavidad de molde 1 1 alrededor del material de relleno 15, y se infiltra en horizontal y en vertical en el material de relleno 15. En esta configuración, las perlas de cerámica 22 se colocan horizontalmente alrededor del material de matriz 16, y las perlas 22 se mueven hacia dentro para desplazar el material de matriz horizontalmente infiltrado 16. Una barrera 24, tal como una estera flexible de fibra cerámica o una tela tejida, puede ser colocado entre las perlas 22 y el material de matriz 16. La barrera 24 puede ser generalmente impermeable al material de matriz fundido 16, y también puede ser flexible y puede transmitir la presión de las perlas de cerámica 22 sobre el material de la matriz 15. No es necesario ningún desplazamiento del material de matriz verticalmente infiltrado 16. El sistema 300 se puede colocar en un horno y procesarse como se describe anteriormente para completar la infiltración. La parte resultante tiene un material de cerámica sobre la superficie externa 14 del sustrato, y puede incluir material de matriz en exceso, como se describió anteriormente.

La Figura 9 ilustra un sistema 400 para la formación de un material compuesto sobre una superficie exterior 14 de un sustrato 10 a través de la infiltración tanto horizontal como vertical hacia abajo. En esta forma de realización, una porción del sustrato 10 se coloca dentro de la cavidad de molde 1 1 , y una placa 21 se utiliza con el molde 12 para rodear la cavidad de molde 1 1. La placa 21 puede estar formada de cualquier material adecuado, incluyéndose cualquier material mencionado anteriormente para la construcción de moldes (por ejemplo, grafito, metal o cerámica). Si la placa 21 , el molde 12, y/o el sustrato 10 están hechos de materiales soldables, cualquiera de estos componentes pueden estar conectados por soldadura; sin embargo, la soldadura no es necesaria. Un miembro adicional 23 puede ser usado para los propósitos de sellado y/o para la terminación de la infiltración, y puede ser posicionada adyacentemente a la placa 21 . Se utilizaría una lámina de grafito o lana cerámica como el miembro adicional 23 para llevar a cabo estas funciones, ya que el material de matriz 15 no moja estos materiales ni penetra en ellos. El material de relleno poroso 15 está colocado en la superficie exterior 14 del sustrato 10 en posición para formar el material compuesto, y el material de matriz 16 se coloca en contacto o de alguna otra manera se halla en comunicación con el material de relleno. Como se muestra en la Figura 9, el material de matriz 16 se coloca sobre el material de relleno 15 para la infiltración hacia abajo a lo largo del material de relleno 15 para la infiltración horizontal. Unas perlas de cerámica 22 u otro medio de desplazamiento también se colocan en la cavidad de molde 1 1 , en posición para desplazar el material de matriz 16 durante la infiltración. Como alternativa, es posible utilizar otra técnica de desplazamiento. En la forma de realización en la Figura 9, el material de matriz 16 se coloca en la cavidad de molde 1 1 alrededor del material de relleno 15, y se infiltra en horizontal y en vertical en el material de relleno 15. En esta configuración, las perlas de cerámica 22 se colocan horizontalmente y verticalmente alrededor del material de matriz 16, y las perlas 22 se mueven hacia dentro y hacia abajo de manera de desplazar el material de matriz infiltrante 16. El sistema 400 se puede colocar en un horno y se procesa como se describe anteriormente para completar la infiltración. La parte resultante tiene un material de cerámica sobre la superficie externa 14 del sustrato, y puede incluir material de matriz en exceso, como se describió anteriormente.

Las Figuras 19-20 ilustran otro ejemplo de un sistema 800 para la formación de un material compuesto en una superficie exterior 14 de un substrato 0 principalmente a través de la infiltración vertical hacia abajo. El sistema 800 de las Figuras 19-20 utiliza un molde en forma de una envuelta 314 hecha de un material de hoja, que se muestra utilizado en conjunción con un sustrato 312 en la forma de un punto de excavación/minería de datos que pueden ser similares a los sustratos 10, 10 'como se muestra en las Figuras 4-5 y 12. La envuelta 314 mostrada en las Figuras 19 a 20, junto con otras envueltas de este tipo, se describen con mayor detalle en la solicitud provisional de los EE. UU. N.° 61/472, 470, presentada el 6 de abril de 2011 , y en la solicitud de patente de los EE. UU. N.° de serie 13/440.273, presentada el 5 de abril de 2012, y publicada como la patente de los EE. UU. N.° 2012, publicación de la solicitud 2012/0258273 el 1 1 de octubre de 2012, las cuales se incorporan en la presente por referencia en su totalidad y partes hechas de ellas. La envuelta 314 se puede utilizar para formar un recubrimiento de compuesto como se ha descrito anteriormente de manera similar y se muestra en las Figuras 4-5. En una forma de realización, el material de relleno 15 puede ser vertido a través de la abertura 317 en la envuelta 314, y el material de matriz 16 puede después ser colocado en la parte superior del material de relleno 15, de manera similar como se muestra en la Figura 4. La abertura 317 puede tener una configuración en forma de embudo para facilitar la inserción del material de relleno 15 y/o del material de matriz 16. En otras formas de realización, la abertura 317 puede estar situada en otra parte de la envuelta 314, tal como si la envuelta 314 estuviese colocada en una orientación diferente durante la soldadura fuerte.

El metal de la hoja de la envuelta 314 puede estar hecho de cualquier material capaz de ser conformado o fabricado con una forma particular deseada y capaz de resistir la disolución, fusión, o el debilitamiento indebido por el material infiltrante, o en general por las temperaturas requeridas para la soldadura fuerte por infiltración, durante el proceso de infiltración. En un ejemplo, la envuelta 314 puede estar formada de acero "dulce" de bajas emisiones de carbono. Por ejemplo, la envuelta 314 puede tener un grosor de envuelta promedio de aproximadamente 0, 105 pulg. En una forma de realización, la envuelta 314 puede estar hecha de metal de hoja o chapa en el intervalo de 16 Ga (0,060 pulgada de espesor) a 10 Ga (0,135 pulgada de espesor), lo que puede ser útil para una amplia gama de aplicaciones. En contraste, el sustrato 312 en la Figura 20 puede tener un espesor en el intervalo de 1 ,000 a 3.450 pulgadas en la región cubierta por la envuelta. En otras formas de realización, la envuelta 314 puede tener cualquier espesor adecuado. Por ejemplo, en formas de realización adicionales, la envuelta 314 puede estar hecha de una placa de acero o de otro metal que tiene un espesor de aproximadamente 0,25 pulgada, o se puede colar, mecanizar a partir de material de barra, o formar de una manera diferente. Se entiende que las diferentes porciones de la envuelta 314 pueden tener diferentes espesores.

La delgadez relativa de la envuelta 314 cuando se compara con el sustrato 312 significa que la envuelta 314 puede formarse fácilmente, de manera relativamente económica. Para formas simples de una envuelta, es posible fabricar una envuelta de costo relativamente bajo mediante el corte de piezas de chapa metálica y uniendo estas piezas por soldadura o soldadura fuerte. Es posible producir formas ligeramente más complicadas doblando piezas de chapa metálica en configuraciones particulares, y continuación, se sueldan las piezas de láminas de metal dobladas de manera de unirlas. Es posible preparar formas complejas mediante procesos de conformado de chapa metálica tales como embutición profunda, formación mediante el proceso Guerin (conformación con almohadilla de caucho), hidroformación y/o conformación explosiva. También podría utilizarse la colada de precisión ("de cera perdida"), si bien el costo del procedimiento de cera pérdida sería frecuentemente antieconómico. Para formas particularmente complicadas, las piezas de la envuelta podrían ser formadas mediante uno o más de estos procesos, y luego se une por soldadura o soldadura fuerte.

Como se muestra en las Figuras 19-20, la envuelta 314 está formada de dos partes, que tiene una banda de dos partes conformal 320. Un cuerpo de envuelta de dos partes 316 de la envuelta 314 puede ser inicialmente formado a partir de una semipieza frontal 326 y una pieza de la espalda media 328, que tiene una pestaña frontal 330 o una saliente posterior 332, respectivamente. La brida anterior 330 se extiende transversalmente desde el borde posterior de la mitad anterior 326 y la pestaña trasera 332 se extiende transversalmente desde el borde anterior de la mitad posterior 328. La brida anterior 330 puede estar unida a la brida trasera 332 por soldadura o soldadura fuerte con un material de soldadura fuerte que tiene una temperatura de fusión más elevada que el material previsto para la infiltración. La envuelta 314 puede tener una banda conformal 320 configurada para ser colocada en un contacto de superficie a superficie con una porción de la superficie del sustrato 312 alrededor de una periferia completa de la envuelta 314, de tal manera que la envuelta 314 está conectado al sustrato 312 por soldadura o soldadura fuerte, al menos en la banda de conformación 320, como se describe a continuación. En otras formas de realización, la envuelta 314 puede estar formada de una sola pieza (en la que las bridas 330, 332 pueden no estar presentes) o de un mayor número de piezas. En determinadas configuraciones, las dos partes de envuelta 314 puede ser unidas entre sí más fácilmente que una envuelta correspondiente de una sola parte. En determinadas configuraciones, la envuelta de dos partes 314 también puede ser más fácil de unir a un sustrato correspondiente, en comparación con una unión de este tipo con una correspondiente envuelta de una parte.

La envuelta 314 se muestra unida a una porción de un sustrato 312 correspondiente en la forma de un punto, en la Figura 20. Una geometría exterior para el sustrato 312 puede incluir un cuerpo principal 334 que define una superficie de unión 335 para la soldadura o soldadura fuerte a la banda de conformación 320. El sustrato 312 puede proveer al menos alguna entrante u otro relieve para la unión del material duro, tal como una meseta 336 y las superficies circundantes. Un extremo distal del sustrato 312 puede estar conformado para definir un borde angular 344, y/o una cara redondeada 346. En otra forma de realización, el sustrato 312 puede no proporcionar ninguna entrante ni otro relieve para el material duro. Como puede observarse en la Figura 20, la envuelta 314 se extiende suavemente alejándose de la banda de conformación 320, y define una cavidad 350 entre el sustrato 312 y la envuelta 314. La cavidad 350 define un grosor resultante del recubrimiento (no mostrado) unido al sustrato 312, y la geometría interna de la envuelta 314 define una geometría final exterior de una parte terminada.

La envuelta de metal de chapa liviana 314 mostrada en las Figuras 19 - 20 puede ser movida fácilmente para una alineación precisa sobre un sustrato, y luego se suelda al sustrato, independientemente de la mayoría de las orientaciones del sustrato. La delgada envuelta metálica es fácil de colocar fiablemente al sustrato subyacente por soldadura o soldadura fuerte a alta temperatura, sin necesidad de sujeción ni de accesorios de inmovilización, y la unión creada es estanca a los fluidos incluso a las elevadas temperaturas requeridas para la soldadura fuerte de infiltración. En cualquier tipo de infiltración de caras duras de infiltración en las que intervienen moldes, el material de soldadura fuerte de metal fundido debería permanecer dentro del molde. Con las delgadas envueltas de metal de la presente revelación, se logra una fijación fiable a un sustrato sin sujeción adicional ni accesorios. El conjunto resultante es por lo tanto más fácil de colocar en un horno para soldadura fuerte de infiltración, con lo que se obtiene una facilidad sustancialmente mayor de ítems pesados de caras duras de infiltración.

Se da por entendido que diversas características de los sistemas 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 descritos anteriormente y mostrados en las figuras, así como también variaciones de los mismos, pueden combinarse e intercambiarse dentro del alcance de la presente invención. Del mismo modo, cualquiera de las técnicas de los métodos descritos anteriormente, o sus variaciones, puede ser utilizada en conexión con cualquiera de los sistemas 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 descritos anteriormente.

Las Figuras 10-1 1 ilustran fotomicrografías de un material compuesto 18 formado utilizando un sistema similar al sistema 100 de la Figura 4 y utilizando un método como se describe anteriormente. Las Figuras 10-1 1 ilustran el material de relleno WC colado esférico rodeado por un material de matriz hierro dúctil 16. El material de matriz 16 incluye nodulos de grafito 25, que son características de hierro dúctil. Como puede observarse en las Figuras 10-1 1 las formas esféricas de la mayoría de las partículas de WC 15 se han conservado, lo que indica una reacción o disolución mínima del material de relleno 15 con el material de matriz fundido 16. La Figura 1 1 ilustra la interfaz 26 entre el material compuesto 18 y el material de matriz en exceso 19.

Los recubrimientos de compuestos producidos de acuerdo con los sistemas y métodos descritos en la presente presentan una excelente resistencia al desgaste y tenacidad. En un ejemplo, se prepararon muestras utilizando un sistema similar al sistema 100 de la Figura 4, y usando un método como el descrito anteriormente, utilizando WC esférico fundido, WC triturado fundido y WC cementados con una matriz de hierro dúctil. Para comparación se prepararon muestras de WC de reparto y cementados reforzado con aleaciones basadas en níquel y de cobre por infiltración a vacío a 2050 °F. Se llevaron a cabo ensayos de abrasión DSRW (dry sand rubber wheel, rueda de caucho arena seca) sobre estas muestras, de conformidad con el Procedimiento A de la norma ASTM G65. Las condiciones de ensayo fueron como sigue: Total de revoluciones: 6.000 Carga sobre la muestra: 30 libras Flujo de arena: 300-400 g/min.

Se realizaron dos pruebas de DSRW consecutivos en la misma región de cicatriz de desgaste y la pérdida de masa durante la segunda prueba se tomó como representativa de la pérdida de desgaste abrasivo del material. Como se puede ver en la siguiente Tabla 1 , el carburo de tungsteno colado esférico/hierro dúctil seguido por carburo de tungsteno colado triturado/hierro dúctil, mostraron una excelente resistencia a la abrasión en comparación con otros materiales. Las muestras se prepararon como recubrimientos, y el sustrato se separó por mecanizado y rectificado con el fin de exponer la superficie cerca del sustrato para el ensayo.

Tabla 1 : datos de ensayos DSRW (Dry sand rubber wheel, arena seca, rueda de caucho) sobre diferentes materiales Como puede observarse por los resultados de la Tabla 1 anterior, el uso de hierro dúctil en combinación con el WC colado esférico y WC colado triturado resultó en una menor masa y pérdida de volumen en comparación con otras combinaciones. Además, las combinaciones de WC y hierro dúctil tenían durezas que fueron comparables a otras combinaciones. Además, el hierro dúctil es considerablemente menos caro que las aleaciones de otra matriz ensayadas, particularmente las aleaciones de Ni y de Cu. En consecuencia, este conjunto de ensayos ensayo muestra el uso ventajoso de un compuesto hecho de un material matriz de hierro dúctil y el material de relleno WC utilizándose sistemas y métodos de acuerdo con formas de realización de la presente invención.

Las diversas formas de realización del sistema, método y producto que se describen en este documento proveen beneficios y ventajas sobre la tecnología existente. Por ejemplo, el producto compuesto resultante presenta una excelente resistencia al desgaste y tenacidad, y se puede producir económicamente. Como otro ejemplo, el sistema y el método se puede utilizar para aplicar un material resistente al desgaste para una gran variedad de sustratos diferentes, incluyendo sustratos metálicos de metalurgia trabajado o forjado, colados, y de polvos, así como también sustratos no metálicos tales como materiales cerámicos o material compuestos a base de cerámicos, siempre que el punto de fusión del material sea adecuado para el proceso de infiltración. Como otro ejemplo, el uso de técnicas de soldadura fuerte permite la formación y unión del material al sustrato, en un solo paso. Además, las técnicas de soldadura fuerte utilizan típicamente un tiempo más largo para la infiltración en comparación con la fundición y otras técnicas, lo que a su vez permite longitudes de infiltración más largos (de hasta 8-10" o mayor en algunas formas de realización). En consecuencia, es también posible producir recubrimientos más gruesos en comparación con las técnicas existentes, incluida la colada, así como también otros procesos de recrecimiento tales como superposición de soldadura de arco de transferencia de plasma, pulverización térmica, etc. Como otro ejemplo, el sistema y el método pueden utilizar menor sobrecalentamiento que otros procesos (por ejemplo colada), lo que resulta en menos reacción entre el material de relleno y el material de matriz y microestructuras sanas que presentan una elevada resistencia contra el desgaste y tenacidad. Además, el menor grado de reacción permite obtener partículas de tamaños pequeños, o partículas de múltiples tamaños, a ser utilizados para el material de relleno, por lo que es posible lograr una mayor densidad del material de relleno duro. Como se describió anteriormente, también es posible obtener una mayor resistencia a la fluencia del material de matriz y una mayor resistencia global al desgaste del material. Como otro ejemplo, el uso de una atmósfera inerte en el sistema y método minimiza o evita la oxidación de los componentes y puede controlar la evaporación de los elementos volátiles del material de matriz, reduciéndose las salpicaduras. Los expertos en el arte reconocerán otros beneficios y ventajas.

En la presente se han descrito e ilustrado diversas formas de realización alternativas y ejemplos. Una persona con la experiencia ordinaria en la técnica apreciará las características de las formas de realización individuales, y las posibles combinaciones y variaciones de los componentes. Una persona con experiencia ordinaria en la técnica apreciará además que cualquiera de las formas de realización podría proveerse en cualquier combinación con las otras formas de realización descritas en este documento. Se entiende que la invención puede ser llevada a la práctica en otras formas específicas sin apartarse del espíritu o características centrales de los mismos. Por lo tanto, los presentes ejemplos y formas de realización han de considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, y la invención no está limitada a los detalles dados en la presente. Los términos relativos tales como "superior", "inferior", etc., tal como se los utiliza en la presente, están destinados a fines ilustrativos y no limitan las formas de realización de ninguna forma. Nada en la presente debe interpretarse como que requiere una orientación específica de tres dimensiones de las estructuras con el fin de caer dentro del alcance de esta invención, a menos que específicamente se mencione en las reivindicaciones. También, se advierte al lector que los dibujos adjuntos no están necesariamente dibujados a escala. Además, el término "pluralidad", como se usa aquí, indica cualquier número mayor que uno, ya sea disyuntiva o conjuntivamente, según sea necesario, hasta un número infinito. Además, la expresión "proveer" un artículo o aparato, tal como se la utiliza en la presente memoria, se refiere ampliamente a hacer que el artículo sea disponible o accesible para futuras acciones a realizar en el artículo, y no sugiere que la parte que provee el artículo ha fabricado, producido o suministrado el artículo o que la parte que provee el artículo tiene la propiedad o el control del artículo. En consecuencia, si bien se han ilustrado y descritos formas de realización específicas, numerosas modificaciones vienen a la mente sin significativamente apartarse del espíritu de la invención, y los alcances de la protección están limitados únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo así especialmente descrito y determinado la naturaleza de la presente invención y la forma como la misma ha de ser llevada a la práctica, se declara reivindicar como de propiedad y derecho exclusivo:

1. Un método que comprende: posicionar un molde próximo a una superficie de un sustrato, de modo tal que la superficie esté en comunicación con una cavidad del molde; colocar un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad, en proximidad cercana a la superficie; ubicar un material de matriz metálica en comunicación con la cavidad, en donde el material de la matriz comprende hierro dúctil; calentar el molde y el material de la matriz hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz y mantener la temperatura por encima del punto de fusión del durante un tiempo suficiente para que el material de la matriz se infiltre en el material resistente al desgaste en forma fundida y se ponga en contacto con la superficie del sustrato; enfriar el molde y el material de la matriz para solidificar el material de la matriz y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste que comprende el material resistente al desgaste embutido dentro del material de la matriz sobre la superficie del sustrato.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el hierro dúctil del material de la matriz tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso, aproximadamente 3,0-4,0% de carbono, aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio, aproximadamente 0,1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1 % de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios carburos seleccionados del grupo que consiste en: WC, TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C y Mo2C y sus combinaciones.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios nitruros seleccionados del grupo que consiste en: TiN, BN, Si3N4, ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN y WN y sus combinaciones.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios boruros seleccionados del grupo que consiste en: boruro de titanio, boruro de cromo, boruro de tungsteno, boruro de níquel, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de tantalio, boruro de niobio, boruro de vanadio, boruro de molibdeno, boruro de silicio, boruro de aluminio y otros boruros de metales de transición y sus combinaciones.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios siliciuros de metales de transición.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el material resistente al desgaste tiene un revestimiento compatible humectante.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el revestimiento compuesto se forma sobre una pluralidad de superficies del sustrato.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el revestimiento compuesto se forma en sólo una porción de la superficie del sustrato.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el material resistente al desgaste poroso está en la forma de una preforma porosa formado de un material particulado ligado entre sí para formar la preforma porosa.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el material particulado se liga entre sí por sinterización.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 , en donde el material particulado se liga entre sí por medio de un material polimérico, en donde la temperatura es suficiente para remover el material polimérico del material particulado durante el calentamiento.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el molde comprende una envuelta metálica laminada conectada con el sustrato para definir la cavidad, en donde la envuelta tiene una abertura hacia el exterior de la envuelta y en donde el material resistente al desgaste poroso se coloca de la cavidad por inserción a través de la abertura.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el material resistente al desgaste poroso está en la forma de un material particulado flojo.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el calentamiento se lleva a cabo dentro de una cámara de horno, que también comprende: evacuar la cámara antes de que la temperatura alcance el punto de fusión del material de la matriz.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, que también comprende: introducir un gas inerte en la cámara después de fundirse el material de la matriz.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el molde tiene una porción permeable en contacto con el material resistente al desgaste poroso, que también comprende: introducir un gas inerte en la cámara antes de fundirse el material de la matriz.

19. Un sistema que comprende: un sustrato que tiene una superficie; un molde posicionado próximo a la superficie del sustrato, de modo tal que la superficie esté en comunicación con una cavidad del molde; un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad, en proximidad cercana a la superficie; y un material de matriz metálico en comunicación con la cavidad, en donde el material de la matriz comprende hierro dúctil; en donde el sistema está configurado para: calentar el molde y el material de la matriz hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz y mantener la temperatura durante un tiempo suficiente para que el material de la matriz se infiltre en el material resistente al desgaste en forma fundida y entre en contacto la superficie del sustrato; enfriar el molde y el material de la matriz para solidificar el material de la matriz y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste sobre la superficie del sustrato.

20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el hierro dúctil del material de la matriz tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso, aproximadamente 3,0-4,0% de carbono, aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio, aproximadamente 0,1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1 % de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas.

21. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones.

22. El sistema de acuerdo con la reivindicación 21 , en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios carburos seleccionados del grupo que consiste en: WC, TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C y Mo2C y sus combinaciones.

23. El sistema de acuerdo con la reivindicación 21 , en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios nitruros seleccionados del grupo que consiste en: TiN, BN, Si3N , ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN y WN y sus combinaciones.

24. El sistema de acuerdo con la reivindicación 21 , en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios boruros seleccionados del grupo que consiste en: boruro de titanio, boruro de cromo, boruro de tungsteno, boruro de níquel, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de tantalio, boruro de niobio, boruro de vanadio, boruro de molibdeno, boruro de silicio, boruro de aluminio y otros boruros de metales de transición y sus combinaciones.

25. El sistema de acuerdo con la reivindicación 21 , en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios siliciuros de metales de transición.

26. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el material resistente al desgaste poroso está en la forma de una preforma porosa formado de un material particulado ligado entre sí para formar la preforma porosa.

27. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en donde el material resistente al desgaste poroso está en la forma de un material particulado flojo.

28. Un artículo de fabricación que comprende: un sustrato metálico que tiene una superficie con un revestimiento compuesto resistente al desgaste unido con la superficie, en donde el revestimiento compuesto resistente al desgaste comprende: un material resistente al desgaste poroso; un material de matriz metálico intermezclado con el material resistente al desgaste, estando unido el material de la matriz con la superficie del sustrato para unir el revestimiento compuesto resistente al desgaste con el sustrato, en donde el material de matriz metálica comprende hierro dúctil.

29. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el hierro dúctil del material de matriz metálica tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso, aproximadamente 3,0-4,0% de carbono, aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio, aproximadamente 0, 1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1 % de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas.

30. El artículo de acuerdo con la reivindicación 29, en donde la composición del material de matriz metálica también comprende hasta el 37% en peso de níquel.

31 . El artículo de acuerdo con la reivindicación 29, en donde la composición del material de matriz metálica también comprende hasta el 5,5% en peso de cromo.

32. El artículo de acuerdo con la reivindicación 29, en donde la composición del material de matriz metálica también comprende hasta el 5,5% en peso de de silicio.

33. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el revestimiento tiene un espesor de al menos 7,5 pulgadas.

34. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el revestimiento tiene un espesor que es mayor a un espesor del sustrato.

35. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el artículo es un punto para equipo de movimiento de tierras.

36. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el material resistente al desgaste es un material particulado y el material de matriz metálica une el material resistente al desgaste.

37. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones.

38. El artículo de acuerdo con la reivindicación 37, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios carburos seleccionados del grupo que consiste en: WC, TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C y Mo2C y sus combinaciones.

39. El artículo de acuerdo con la reivindicación 37, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios nitruros seleccionados del grupo que consiste en: TiN, BN, Si3N4, ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN y WN y sus combinaciones.

40. El artículo de acuerdo con la reivindicación 37, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios boruros seleccionados del grupo que consiste en: boruro de titanio, boruro de cromo, boruro de tungsteno, boruro de níquel, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de tantalio, boruro de niobio, boruro de vanadio, boruro de molibdeno, boruro de silicio, boruro de aluminio y otros boruros de metales de transición y sus combinaciones.

41 . El artículo de acuerdo con la reivindicación 37, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios siliciuros de metales de transición.

42. El artículo de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el sustrato tiene una pluralidad de salientes conectada con la superficie y que se extiende a de la superficie y en donde las salientes están embutidas dentro del revestimiento compuesto resistente al desgaste.

43. El artículo de acuerdo con la reivindicación 42, en donde las salientes comprenden una pluralidad de miembros nervados simétricamente distribuidos en la superficie externa del sustrato.

44. Un miembro de desgaste para equipo de movimiento de tierras que comprende una porción de trabajo y un revestimiento compuesto por encima de la porción de trabajo, donde el revestimiento comprende un material resistente al desgaste poroso y un material de matriz de hierro dúctil intermezclado con el material resistente al desgaste, en donde el material de la matriz liga el revestimiento con la porción de trabajo.

45. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el hierro dúctil tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso, aproximadamente 3,0-4,0% de carbono, aproximadamente 1 ,8-2,8% de silicio, aproximadamente 0,1-1 ,0% de manganeso, aproximadamente 0,01-0,03% de azufre y aproximadamente 0,01-0,1 % de fósforo, siendo el equilibrio el hierro y elementos incidentales e impurezas.

46. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 45, en donde la composición del hierro dúctil también comprende hasta el 37% en peso de níquel.

47. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 45, en donde la composición del hierro dúctil también comprende hasta el 5,5% en peso de cromo.

48. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 45, en donde la composición del hierro dúctil también comprende hasta el 5,5% en peso de de silicio.

49. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el material resistente al desgaste es un material particulado y el material de la matriz liga el material resistente al desgaste entre sí.

50. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el material resistente al desgaste comprende uno o varios materiales seleccionados del grupo que consiste en: carburos, nitruros, boruros, siliciuros, compuestos intermetálicos de metales de transición y sus combinaciones.

51 . El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el sustrato tiene una pluralidad de salientes conectada con la porción de trabajo y que se extiende a de la porción de trabajo y en donde las salientes están embutidas dentro del revestimiento compuesto.

52. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 51 , en donde las salientes comprenden una pluralidad de miembros nervados simétricamente distribuidos sobre la porción de trabajo.

53. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el revestimiento tiene un espesor que es mayor a un espesor del sustrato.

54. El miembro de desgaste de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el revestimiento tiene un espesor de al menos 7,5 pulgadas.

55. Un método que comprende: posicionar un molde próximo a una superficie de un sustrato para definir una cavidad; colocar un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad; ubicar un material de matriz metálica en comunicación con la cavidad; fundir el material de la matriz para formar un material de matriz fundido, por calentamiento dentro de una cámara de horno hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz, en donde la fundición se lleva a cabo en un vacío; mantener la temperatura por encima del punto de fusión hasta que el material de la matriz fundido se infiltre en el material resistente al desgaste; enfriar el material de la matriz para solidificar el material de matriz fundido y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste que comprende el material resistente al desgaste embutido dentro del material de la matriz sobre la superficie del sustrato.

56. El método de acuerdo con la reivindicación 55, en donde el vacío se mantiene al menos hasta que el material de matriz fundido se infiltre en el material resistente al desgaste.

57. El método de acuerdo con la reivindicación 55, que también comprende: introducir un gas inerte en la cámara después de fundir el material de la matriz.

58. El método de acuerdo con la reivindicación 57, en donde el gas inerte tiene una presión parcial de aproximadamente 0,050 - 0,100 Torr.

59. Un método que comprende: posicionar un molde próximo a una superficie de un sustrato para definir una cavidad, en donde el molde tiene una porción permeable; colocar un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad, de modo tal que la porción permeable esté en contacto con el material resistente al desgaste; ubicar un material de matriz metálica en comunicación con la cavidad; fundir el material de la matriz para formar un material de matriz fundido, por calentamiento dentro de una cámara de horno hasta una temperatura superior al punto de fusión del material de la matriz, en presencia de un gas inerte; mantener la temperatura por encima del punto de fusión hasta que el material de matriz fundido se infiltre en el material resistente al desgaste, en donde el gas residual dentro del material resistente al desgaste puede escapar a través de la parte permeable; enfriar el material de la matriz para solidificar el material de matriz fundido y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste que comprende el material resistente al desgaste embutido dentro del material de la matriz sobre la superficie del sustrato.

60. El método de acuerdo con la reivindicación 59, en donde el gas inerte tiene una presión parcial de aproximadamente 0,050 - 0,100 Torr.

61. El método de acuerdo con la reivindicación 59, que también comprende evacuar la cámara antes de introducir el gas inerte en la cámara.

62. Un método que comprende: posicionar un molde próximo a una superficie de un sustrato para definir una cavidad; colocar un material resistente al desgaste poroso dentro de la cavidad; ubicar un material de matriz metálica en comunicación con la cavidad, en donde el material de la matriz se posiciona lateralmente al material resistente al desgaste; colocar un medio de desplazamiento adyacente al material de la matriz, opuesto al material resistente al desgaste; fundir el material de la matriz para formar un material de matriz fundido, por calentamiento hasta una temperatura superior a un punto de fusión del material de la matriz; mantener la temperatura por encima del punto de fusión hasta que el material de matriz fundido se infiltre en el material resistente al desgaste, en donde el medio de desplazamiento soporta el material de matriz fundido y desplaza el material de matriz fundido cuando el material de matriz fundido se infiltra en el material resistente al desgaste; enfriar el material de la matriz para solidificar el material de matriz fundido y formar un revestimiento compuesto resistente al desgaste que comprende el material resistente al desgaste embutido dentro del material de la matriz sobre la superficie del sustrato.

63. El método de acuerdo con la reivindicación 62, en donde el material de desplazamiento comprende perlas de cerámica.

64. El método de acuerdo con la reivindicación 62, que también comprende colocar una barrera entre el medio de desplazamiento y el material de la matriz.

65. El método de acuerdo con la reivindicación 62, en donde el sustrato comprende una estructura tubular y la superficie es una superficie interna de la estructura tubular, de modo tal que el material de matriz fundido se infiltra lateralmente hacia fuera para formar el revestimiento compuesto en la superficie interna de la estructura tubular y en donde el medio de desplazamiento se coloca en un centro de la estructura tubular y se desplaza hacia fuera cuando el material de matriz fundido se infiltra en el material resistente al desgaste.