MXPA04008463A

MXPA04008463A - Revestimiento y polvo resistente a corrosion.

Info

Publication number: MXPA04008463A
Application number: MXPA04008463A
Authority: MX
Inventors: Benton Temples Lewis
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2005-07-13
Also published as: CN1649689A; CN1293967C; CA2477853A1; EP1485220B1; EP1485220A1; JP2005519195A; CA2477853C; AU2003211110A1; TWI258509B; EP1485220A4; US6503290B1; ES2732785T3; JP4464685B2; BR0308057A; TW200303927A; WO2003074216A1

Abstract

La invencion es un polvo resistente a corrosion util para la deposicion a traves de dispositivos de rocio termicos. El polvo consiste esencialmente de, por ciento en peso, 30 a 60 de tungsteno, 27 a 60 de cromo, 1.5 a 6 de carbono, un total de 10 a 40 de cobalto mas niquel e impurezas incidentales mas supresores del punto de fusion.

Description

REVESTI MI ENTO Y POLVO RESISTENTE A CORROSIÓN Campo de la I nvención Esta invención se refiere a un polvo de aleación de cromo-tungsteno o tungsteno-cromo para formar cubiertas u objetos q ue tienen una excelente combinación de propiedades de corrosión y desgaste.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se han conocido por mucho tiempo los metales y aleaciones de cubierta de superficie dura. Por ejemplo, el metal de cromo se ha utilizado por muchos años como una cubierta de electrochapa para restaurar partes dañadas o desgastadas hasta sus dimensiones originales, a fin de incrementar la resistencia al desgaste y a la corrosión, y para reducir la fricción. Sin embargo, la electrochapa de cromo duro tiene varias limitaciones. Cuando la configuración de la parte se vuelve compleja , es difícil la obtención de un grosor de cubierta uniforme que necesita de trituración hacia una configuración superficial terminada, lo cual es tanto d ifícil como costoso con el cromo electrochapado. Estas desventajas surgen de la dureza y fragilidad inherentes en el cromo. Además, la electrochapa de cromo tiene una velocidad de deposición relativamente baja y con frecuencia requiere de una inversión de capital substancial en equipo de chapado. Además de esto, con frecuencia es necesario aplicar una o más sub-cubiertas o utilizar procedimientos de limpieza y grabado químico para preparar substratos para la deposición de cromo. El desecho de baños de chapado gastados también se ag rega significativamente al costo del proceso. Un método alternativo a la deposición de metal de cromo es mediante rocío de metal tal como con una pistola de plasma o detonación . Este método permite q ue la cubierta se apliq ue a casi cualq uier substrato metálico sin utilizar sub-cubiertas . La velocidad de deposición es muy elevada, red uciendo la inversión de capital . Además, el grosor de la cubierta puede controlarse muy cercanamente a fin de que pueda mantenerse a un m ínimo cualq uier acabado posterior. Y finalmente, el sobre-rocío puede contenerse y recuperarse fácilmente, haciendo del control de la polución un asunto simple. Desafortunadamente , el cromo depositado en plasma no es tan resistente al desgaste a temperatura ambiente como el cromo duro electrochapado. Esto se debe a que la resistencia al desgaste de la placa de cromo no es una propiedad inherente del cromo elemental sino que se cree q ue surge en g ran medida de las impurezas y tensiones incorporadas en la cubierta durante el chapado. El cromo depositado por plasma es una forma más pura de cromo que carece de resistencia al desgaste de la placa dura de cromo; pero retiene las características de resistencia a la corrosión del cromo duro electrochapado. Las cubiertas mejoradas pueden elaborarse mediante incorporación de una dispersión de partículas de carburo de cromo en una matriz de cromo para resistencia al desgaste. Las cubiertas de este tipo pueden hacerse de mezclas mecánicas de polvos . Sin embargo, existen ciertas limitaciones a la calidad de cubiertas hechas a partir de ellas. Tanto la deposición por plasma como por pistola de detonación dan como resultado una cubierta con una estructura de múltiples capas de laminillas o "listones lami nares", delgados, de sobreposición. Cada listón laminar se deriva de una sola partícula del polvo utilizado para prod ucir la cubierta . Existe poca, si no es que nula, combinación o aleación de dos o más partículas de polvo durante el proceso de deposición de cubierta. Esto da como resultado q ue algunos de los listones laminares sean por completo una aleación de cromo y que alg unos sean por completo carburo de cromo, controlándose la separación entre partículas por los tamaños de las partículas iniciales de cromo y carburo de cromo. J . F. Pelton , en la Patente de E . U . No. 3,846 ,084 , describe un polvo en el cual substancialmente cada partícula consiste en u na mezcla de cromo y carburos de cromo. El polvo de esta patente produce u na cubierta en donde cada listón laminar es una mezcla de cromo y carburos de cromo. Las cubiertas de superficie dura también pueden hacerse mediante el uso de estructuras de cobalto sinterizadas q ue encapsulan partículas de carburo de tungsteno. Sin embargo, estas aleaciones tienen porosidad indeseablemente elevada para algunas aplicaciones y se limitan en su contenido de carbu ro de tungsteno. Las aleaciones q ue contienen carburos de tungsteno , cromo y níquel se han utilizado en superficies d uras . Por ejemplo, Kruske et al. , en la Patente de E. U. No. 4,231 ,793 , expone una aleación que contiene desde 2 hasta 1 5 por ciento en peso de tungsteno, 25 hasta 55 por ciento en peso de cromo, 0.5 hasta 5 por ciento en peso de carbono y cantidades de hierro, boro, silicio y fósforo que no exceden 5 por ciento en peso cada uno, siendo el resto níq uel. De manera similar, S.C. DuBois, en la Patente de E. U . No. 4,731 ,253 expone una aleación que contiene desde 3 hasta 14 por ciento en peso de tungsteno, 22 hasta 36 por ciento en peso de cromo, 0.5 hasta 1 .7 por ciento en peso de carbono, 0.5 hasta 2 por ciento en peso de boro, 1 .0 hasta 2.8 por ciento en peso y un resto de níquel. S.C. DuBois describe otra aleación para su perficies duras que contiene tungsteno y cromo en la Patente de E . U . No. 5, 141 ,571 . El contenido de tungsteno de esta aleación es desde 1 2 hasta 20 por ciento en peso, el contenido de cromo es desde 1 3 hasta 30 por ciento en peso y el contenido de carbono es desde 0.5 hasta 1 por ciento en peso. La aleación también contiene desde 2 hasta 5 por ciento cada uno de hierro, boro y silicio, siendo el resto n íq uel . Esta aleación de superficie du ra contiene cristales de carburo de tungsteno y de carburo de cromo incrustados. Cabot Corporation (Ahora Haynes I ntl. ) publicó un grupo de aleaciones resistentes a la corrosión referido como las "Aleaciones de Estelita" en su publicación de 1 982 titulada "Polvos de Aleación Para Superficies de Estelita" (La estelita es una marca registrada de Deloro Stellite I nc.). Las composiciones de aleación de estelita expuestas en esta referencia contienen desde 0 hasta 1 5 por ciento de tungsteno, desde 1 9 hasta 30 por ciento en peso de cromo, desde 0. 1 hasta 2.5 por ciento en peso de carbono, hasta 22 por ciento en peso de níq uel y cantidades de hierro, boro y silicio q ue no exceden 3 por ciento en peso cada uno, siendo el resto cobalto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA I NVENCIÓN La invención es un polvo resistente a la corrosión útil en la deposición a través de d ispositivos de rocío térmico. El polvo consiste esencialmente en , por ciento en peso, 30 hasta 60 de tungsteno, aproximadamente 27 hasta 60 de cromo, aproximadamente 1 .5 hasta 6 de carbono, un total de aproximadamente 10 hasta 40 de cobalto más n íquel e impurezas incidentales más supresores del punto de fusión . Este polvo resistente a la corrosión es útil en la formación de cubiertas que tienen la misma composición .

BREVE DESCRI PCIÓN DE LOS DI BUJOS La figura 1 es una gráfica de barras de Dureza HV300 de Vicker q ue compara las cubiertas de la invención con cubiertas resistentes a la corrosión anteriores. La figura 2 es una g ráfica de barras de datos de resistencia al desgaste q ue compra cubiertas de la invención con cubiertas resistentes a la corrosión y al desgaste, comparativas. La fig ura 3 es una gráfica de carbono porcentual contra pérd ida de volumen para cubiertas de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La aleación depende de una gran concentración de cromo y tungsteno para una excelente resistencia a la corrosión y al desgaste. Ventajosamente , la aleación contiene al menos aproximadamente 27 por ciento en peso de cromo. A menos que se haga referencia específicamente de otro modo, esta especificación se refiere a todas las composiciones en por ciento en peso. Los polvos q ue contienen menos de 27 por ciento en peso de cromo tienen una resistencia a la corrosión inadecuada para muchas aplicaciones. En general , el incremento de cromo incrementa la resistencia a la corrosión. Pero los niveles de cromo de más de aproximadamente 60 por ciento en peso tienden a d isminuir la resistencia al desgaste de la cubierta debido a que la cubierta se vuelve demasiado quebrad iza. De manera similar, el tungsteno en cantidades de al menos aproximadamente 30 por ciento en peso incrementa la d ureza y contribuye a la resistencia al desgaste y puede mejorar la resistencia a la corrosión en varios ambientes. Pero si las concentraciones de tungsteno exceden 60 por ciento en peso , el polvo puede formar cubiertas que tienen una resistencia a la corrosión inadecuada. La concentración de carbono controla la dureza y las propiedades de desgaste de las cubiertas formadas con el polvo. Un mínimo de aproximadamente 1 .5 por ciento en peso de carbono es necesario para impartir dureza adecuada en la cubierta. Sin embargo, si el carbono excede 6 por ciento en peso de carbono, entonces la temperatura de fusión del polvo se vuelve demasiado elevada; y se vuelve d ifícil la atomización del polvo. En vista de esto, es más ventajoso limitar el carbono hasta 5 por ciento en peso. La matriz contiene un total mínimo de al menos aproximadamente 1 0 por ciento en peso de cobalto y níq uel . Esto facilita la fusión de la combinación de cromo/tungsteno/carbono que, si se deja sola, formaría carburos que tienen temperaturas de fusión demasiado elevadas para la atomización. El incremento de la concentración de cobalto y níquel también tiende a incrementar la eficiencia de deposición para el rocío térmico del polvo. Debido a que los niveles totales de cobalto más níquel por encima de esta concentración tienden a suavizar la cubierta y limitar la resistencia al desgaste de la cubierta, sin embargo, se mantiene mejor por debajo de aproximadamente 40 por ciento en peso. Además, la aleación puede contener solamente níquel o cobalto, ya q ue las cubiertas con solo níquel (es decir, aproximadamente 10 hasta 30 por ciento de níquel) o solo cobalto (es decir, aproximadamente 10 hasta 30 por ciento de cobalto) pueden formar polvos con resistencia a la corrosión dirigida a una aplicación específica. Pero para la mayoría de las aplicaciones, el cobalto y el níquel son intercambiables. De manera interesante, esta combinación de cromo y tungsteno (formadores de carburo fuerte) y aproximadamente 1 .5 hasta 6 por ciento en peso de carbono, no forma típicamente carburos de un tamaño detectable con un microscopio electrónico de exploración . El polvo resistente a la corrosión típicamente tiene una morfología que carece de carburos que tienen una amplitud de corte transversal promedio de más de 10 µ??. Ventajosamente, el polvo resistente a la corrosión carece de carburos que tienen una amplitud de corte transversal promedio de más de 5 µ?? y más ventajosamente menos de 2 µ?t?. Este mantenimiento inesperado del polvo de una porción significativa de su cromo en la matriz, en vez de en grandes precipitados de carburo, parece contribuir aún más a la resistencia a la corrosión de la cubierta. Pero a pesar de la falta de carburos detectable por un microscopio óptico, los polvos tienen excelente resistencia al desgaste. Ventajosamente, los polvos de esta invención se producen por medio de atomización de gas inerte de una mezcla de elementos en las proporciones establecidas en la presente. La aleación de estos polvos se fusiona típicamente a una temperatura de aproximadamente 1 600°C y después se atomiza en u na atmósfera protectora . Más ventajosamente, esta atmósfera es argón. Para facilitar la fusión para atomización , la aleación puede contener opcionalmente su presores del punto de fusión como el boro, silicio y manganeso. Sin embargo, los excesivos supresores del punto de fusión tienden a disminuir ambas propiedades de corrosión y desgaste. Alternativamente, la sinterización y compresión , sinterización y secado por aspersión, sinterización y densificación por plasma, son métodos posi bles para la elaboración del polvo. Sin embargo, la atomización por gas representa el método más eficaz para la elaboración del polvo. Las técnicas de atomización de gas típicamente producen un polvo que tiene una distribución de partícula de aproximadamente 1 hasta 100 micrones. La siguiente Tabla representa "aproximaciones" de la composición amplia, intermedia y angosta del polvo y las cubiertas formadas a partir del polvo. Tabla 1 Elemento Amplio Intermedio Angosto Tungsteno 30-60 30-55 30-50 Cromo 27-60 27-55 30-50 Carbono 1 .5-6 1 .5-6 1 .5-5 Supresores del 0-5 0-3 punto de fusión en total Cobalto y Níquel 1 0-40** 1 0-35 10-30 en total* Más purezas incidentales Más supresores del pu nto de fusión La Tabla 2 contiene los rangos composicionales de tres qu ímicas particulares que forman cubiertas q ue tienen excelentes propiedades de corrosión y desgaste. Tabla 2 Estas cubiertas pueden producirse mediante el uso de la aleación en esta invención por una variedad de métodos muy conocidos en la materia. Estos métodos incluyen los siguientes: rocío térmico, plasma, HVO F (combustible de oxígeno de alta velocidad), pistola de detonación, etc. ; chapado por láser; y arco transferido por plasma (PTA).

Ejemplo El siguiente ejemplo representa una ilustración de ciertas modalidades preferidas de la invención y no implica limitación alg una. Los polvos de la Tabla 3 se prepararon mediante atomización en argón a una temperatura de 1 500°C. Estos polvos se segregaron aún más hacia una distribución de tamaño de 10 hasta 50 micrones.

Tabla 3 Nota: .os polvos A y B representan ejemplos comparativos. El polvo A representa la composición de Stellite® 6 y el polvo B representa un polvo resistente al desgaste WC.

Los polvos d la Tabla 3 se rociaron entonces con un sistema HVOF JP-500® sobre un substrato de acero bajo las siguientes condiciones: flujo de oxígeno 1900 scfh (53.8 m3/h); flujo de queroseno 5.7 gph (21.6 l/h), flujo de gas vehículo 22 scfh (0.62 m3/h), alimentación en polvo 80 g/min., distancia de rocío 15 pulgadas (38.1 cm), longitud del tonel de soplete oxiacetilénico 8 pulgadas (20.3 cm) para formar las cubiertas de la Tabla 4. Tabla 4 Polvo HV 300 Eficiencia de Deposición (%) 1 840 46 2 1040 58 3 950 55 4 860 60 5 950 51 6 750 - 7 1000 51 A 600 66 B 240 40 Los datos de la Tabla 4 ¡lustran q ue la eficiencia de deposición se compara de manera favorable con un polvo típico WC del Polvo B. Además, la g ráfica de barras de la Fig ura 1 muestra excelente dureza lograda con polvos de la invención . La medición de resistencia al desgaste mediante múltiples exámenes representó diferentes aplicaciones potenciales de desgaste. Estos métodos de examinación incluyeron los siguientes: método de prueba ASTM G-65 (rueda de arena/caucho en seco); y método de prueba ASTM G-76 (30 y 90 grados de erosión utilizando alúmina fina ) . Para la prueba de fricción promedio, la medición de una esfera (acero) sobre una prueba de disco con una carga de 1 0N determinó el coeficiente de fricción. La Tabla 5 abajo contiene los datos generados por estos métodos de prueba. Tabla 5 La g ráfica de barras de la fig ura 2 ilustra la excelente resistencia a la abrasión por arena lograda con las cubiertas producidas. La fig ura 3 gráfica la relación del carbono porcentual respecto a la pérdida en volumen porcentual de las cubiertas de la figura 2. Estoa parece ilustrar una fuerte correlación entre la fase de carburo porcentual en volumen y la resistencia al desgaste. El calentar los polvos en ácido hidroclórico (HCI) y ácido fosfórico (H3PO4) durante 1 hora a 1 00°C determinó la pérd ida de peso del ataq ue acelerado. Después de medir la pérdida de peso, se colocó el polvo en ácido nítrico ( H NO3) durante otra hora a 1 00°C para examinar un segundo ambiente altamente corrosivo. La tabla 6 abajo proporcionó la pérdida porcentual en peso según se midió después de la primer digestión , la segunda digestión y en total proporciona una pérdida de peso porcentual total.

Tabla 6 Estos polvos tuvieron una mejor resistencia a la corrosión que la composición de polvo a de Stellite 6 muy conocida por su excelente resistencia a la corrosión. En resumen , la invención proporciona un polvo que forma cubiertas que tienen u na combinación única de propiedades. Estas cubiertas tienen una combinación de resistencia al desgaste y a la corrosión no lograda con polvos convencionales. Además , ventajosamente, las cubiertas suprimen la formación de grandes carburos que contienen cromo para mejorar aún más la resistencia al desgaste, siendo la cubierta menos agresiva contra la superficie mate. Otras variaciones y modificaciones de esta invención serán obvias para aquellos expertos en la materia. Esta invención no se limita excepto según se establece en las reivindicaciones.

Claims

REIVIN DICACIONES 1 . Un polvo resistente a la corrosión , útil para la deposición a través de dispositivos de rocío térmicos, consistiendo el polvo esencialmente en , por ciento en peso, aproximadamente 30 hasta 60 de tungsteno, aproximadamente 27 hasta 60 de cromo, aproximadamente 1 .5 hasta 6 de carbono, un total de aproximadamente 1 0 hasta 40 de cobalto más níq uel y las i mpurezas incidentales más supresores de punto de fusión .
2. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 1 , caracterizado porque el polvo tiene una morfología q ue carece de carburos que tienen una amplitud de corte transversal promed io de más de 10 µ?t?.
3. Un polvo resistente a la corrosión , útil para la deposición a través de dispositivos de rocío térmicos , consistiendo el polvo esencialmente en , por ciento en peso, aproxi madamente 30 hasta 50 de tungsteno, aproximadamente 27 hasta 50 de cromo, aproximadamente 1 .5 hasta 5 de carbono, un total de aproximadamente 10 hasta 30 de cobalto más níq uel y las impurezas incidentales y 0 hasta 3 supresores de punto de fusión.
4. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el polvo contiene aproximadamente 1 0 hasta 30 de cobalto.
5. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3 , caracterizado porq ue el polvo contiene aproximadamente 1 0 hasta 30 de n íq uel.
6. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el polvo tiene una morfología que carece de carburos que tienen una amplitud de corte transversal promedio de más de 2 µ?t?.
7. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el polvo contiene aproximadamente 35 hasta 45 de tungsteno, aproximadamente 30 hasta 40 de cromo, aproximadamente 3 hasta 5 de carbono, y el níquel más cobalto en total es de aproximadamente 1 5 hasta 25.
8. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el polvo contiene aproximadamente 30 hasta 40 de tungsteno, aproximadamente 40 hasta 50 de cromo, aproximadamente 1 .5 hasta 5 de carbono, y el níquel más cobalto en total es de aproximadamente 1 5 hasta 25.
9. El polvo resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el polvo contiene aproximadamente 30 hasta 40 de tungsteno, aproximadamente 45 hasta 50 de cromo, aproximadamente 3 hasta 5 de carbono, y el níquel más cobalto en total es de aproximadamente 10 hasta 15. 1 0. Una cubierta resistente a la corrosión que tiene buena resistencia al desgaste, consistiendo la cubierta esencialmente en , por ciento en peso, aproximadamente 30 hasta 60 de tungsteno, aproximadamente 27 hasta 60 de cromo, aproximadamente 1 .5 hasta 6 de carbono, un total de aproximadamente 10 hasta 40 de cobalto más níquel e impurezas incidentales y supresores del punto de fusión.