MXPA06013558A

MXPA06013558A - Polvos y recubrimientos de aleacion resistentes al desgaste.

Info

Publication number: MXPA06013558A
Application number: MXPA06013558A
Authority: MX
Inventors: William J C Jarosinski; Lewis B Temples
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2007-02-08
Also published as: CA2567089C; EP1768802A4; WO2005118185A1; BRPI0511582A; CA2567089A1; JP5222553B2; JP2008501073A; EP1768802A1; US20080274010A1; CN1997474A

Abstract

Esta invencion se refiere a aleaciones o a polvos de aleacion resistentes al desgaste, utiles para su deposicion a traves de aparatos de rociado termico. Las aleaciones comprenden aproximadamente desde 20 hasta 64 por ciento por peso de cromo, aproximadamente desde 20 hasta 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente desde 0.5 hasta 3 por ciento por peso de carbono, y aproximadamente desde 10 hasta 45 por ciento por peso de niquel. Los polvos de aleacion resistente al desgaste son utiles para formar recubrimientos que tienen la misma composicion.

Description

POLVOS Y RECUBRIMIENTOS DE ALEACIÓN RESISTENTES AL DESGASTE Campo de la invención Esta invención se refiere a aleaciones de cromo-molibdeno, y a polvos de aleación resistentes al desgaste, útiles para su deposición a través de aparatos de rociado térmico. Estos polvos de aleación resistentes al desgaste son útiles para formar recubrimientos que tengan la misma composición . Antecedentes de la invención Los metales y aleaciones de recubrimiento para superficies duras son conocidos en la materia. Por ejemplo, el metal cromo se ha utilizado como recubrimiento galvanoplástico por muchos años, a fin de restaurar partes dañadas o gastadas a sus dimensiones originales, para aumentar la resistencia al desgaste y la corrosión, y para reducir la fricción. Los galvanoplásticos de cromo duro, sin embargo, presentan un número de limitaciones. Cuando la configuración de la pieza se vuelve compleja es difícil obtener un espesor de recubrimiento uniforme mediante electrodeposición . Un espesor de recubrimiento no uniforme requiere de molido hasta obtener una configuración superficial de acabado, que es difícil y costosa con el cromo electroplatinado, debido a su dureza y fragilidad inherentes. La tasa de deposición mediante electroplatinado es relativamente baja , por lo cual se requiere una inversión de capital sustancial en equipo de platinado. Con frecuencia es necesario aplicar uno o más recubrimientos de base, o utilizar procedimientos caros de limpieza y grabado para preparar sustratos. La disposición de los desechos de los baños utilizados para el galvanizado también se añade significativamente al costo del proceso. Un método alternativo para depositar metal de cromo es mediante el rociado del metal, como se puede realizar mediante una pistola de plasma, con oxígeno combustible de alta velocidad (HVOF), o pistola de detonación. Este método permite aplicar el recubrimiento a casi cualquier sustrato metálico sin la necesidad de utilizar recubrimientos base. Se puede controlar con mucha precisión el espesor del recubrimiento, de modo que se pueda mantener al mínimo la necesidad de cualquier acabado subsiguiente. Sin embargo, se podría requerir un acabado considerable para ciertos recubrimientos con resistencia al desgaste diseñados para aplicaciones específicas. La patente estadounidense número 3,846,084 contiene recubrimientos realizados mediante procesos con pistola de plasma o de detonación que son superiores a la galvanoplastia de cromo duro en compatibilidad, características de fricción y resistencia al desgaste, mediante la incorporación de una dispersión de partículas de carburo de cromo en una matriz de cromo. Los recubrimientos de este tipo pueden hacerse a partir de mezclas mecánicas de polvos. Sin embargo, existen ciertas limitaciones en cuanto a la calidad de los recubrimientos hechos a partir de estas mezclas. Los recu brimientos de pistola de plasma , de HVOF y detonación dan como resultado una estructura de capas múltiples de láminas o "listones" que se solapan . Cada "listón" proviene de una sola partícula del polvo utilizado para producir el recubrimiento. Aparentemente existe si acaso poca combinación o aleación de dos o más partículas de polvo durante el proceso de deposición del recubrimiento. La patente estadounidense número 6,562,480 B 1 describe un recubrimiento resistente al desgaste para proteger una superficie que se someta a contacto de deslizamiento con alguna otra superficie, como podría ser un anillo de pistón , y el recubrimiento de los cilindros de motores de combustión interna. Se aplica el recubrimiento resistente al desgaste mediante deposición por HVOF de un polvo que comprende una mezcla de aproximadamente 13 por ciento por peso a aproximadamente 43 por ciento por peso de una aleación de n íquel-cromo, aproximadamente de 25 por ciento por peso a aproximadamente 64 por ciento por peso de carburo de cromo y aproximadamente de 1 5 por ciento por peso a aproximadamente 50 por ciento por peso de molibdeno. La patente estadounidense número 6,503,290 B 1 contiene un polvo resistente a la corrosión que es útil para deposición mediante aparatos de rociado térmico. El polvo contiene aproximadamente entre 30 y 60 por ciento por peso de tungsteno, aproximadamente entre 27 y 60 por ciento por peso de cromo, aproximadamente entre 1 .5 y 6 por ciento por peso de carbono, un total desde aproximadamente 10 hasta 40 por ciento por peso de cobalto más n íquel e impurezas incidentales, además de supresores de punto de fusión . El polvo resistente a la corrosión es útil para formar recubrimientos que tengan la misma composición. Todavía existe la necesidad de polvos y recubrimientos que se puedan depositar mediante aparatos de rociado térmico y que meustren una excelente resistencia a la corrosión y/o desgaste. Debido a esto, permanece una necesidad para desarrollar nuevos polvos, y por explorar su potencial para la deposición de rociado térmico como recubrimientos resistentes al desgaste y la corrosión. Sería entonces deseable en la materia proporcionar polvos y recubrimientos que puedan ser depositados mediante aparatos de rociado térmico y que muestren una excelente resistencia al desgaste y la corrosión. Breve descripción de la invención Esta invención se refiere a aleaciones que comprenden aproximadamente entre 20 y 65 por ciento por peso de cromo, aproximadamente entre 20 y 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente entre 0.5 a 3 por ciento por peso de carbono y aproximadamente de 10 a 45 por ciento por peso de níquel. Las aleaciones incluyen carbonos precipitados (y opcionalmente nitruros) de cromo y molibdeno entremezclados en ellas. Esta invención también se refiere a aleaciones de polvos resistentes al desgaste útiles para su deposición mediante aparatos de rociado térmico. Los polvos comprenden una aleación de aproximadamente 20 a 65 por ciento por peso de cromo, aproximadamente de 20 a 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente 0.5 a 3 por ciento por peso de carbono y aproximadamente de 10 a 45 por ciento por peso de níquel. Los polvos de aleación resistente al desgaste son útiles para formar recubrimientos que tengan la misma composición . Descripción detallada de la invención Como se indica arriba, esta invención se refiere a polvos de aleación resistente al desgaste útiles para su deposición mediante aparatos de rociado térmico, como son las pistolas de plasma, HVOF o de detonación. Los polvos se hacen de aleaciones que contienen aproximadamente de 20 a 65 por ciento por peso de cromo, aproximadamente de 20 a 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente de 0.5 a 3 por ciento por peso de carbono y aproximadamente de 10 a 45 por ciento por peso de níquel. Las aleaciones incluyen carburos precipitados y opcionalmente nitruros de cromo y molibdeno entremezclados en ésta. Las aleaciones son útiles para formar polvos resistentes al desgaste y recubrimientos que tengan la misma composición . Las aleaciones aquí mencionadas se basan en una gran concentración de cromo y molibdeno para una excelente resistencia al desgaste. Ventajosamente, las aleaciones contienen al menos aproximadamente el 20 por ciento por peso de cromo, preferiblemente al menos aproximadamente 30 por ciento por peso de cromo, y más preferiblemente al menos aproximadamente el 35 por ciento por peso de cromo. Los polvos que contienen menos del 20 por ciento por peso de cromo pueden presentar una resistencia al desgaste inadecuada para muchas aplicaciones. Los niveles de cromo mayores a aproximadamente 65 por ciento por peso pueden presentar una tendencia a reducir la resistencia al desgaste del recubrimiento, ya que el recubrimiento puede tornarse demasiado quebradizo. De manera similar, las aleaciones contienen al menos aproximadamente 20 por ciento por peso de molibdeno, preferiblemente al menos aproximadamente el 25 por ciento por peso de molibdeno y más preferiblemente al menos aproximadamente 30 o 35 por ciento por peso de molibdeno. Los polvos que contienen menos de aproximadamente el 20 por ciento por peso de molibdeno pueden exhibir una resistencia al desgaste inadecuada para muchas aplicaciones. Los niveles de molibdeno que son mayores a aproximadamente el 65 por ciento por peso pueden presentar una tendencia a reducir la resistencia al desgaste del recubrimiento porque el mismo puede volverse muy quebradizo. En una modalidad de esta invención, las aleaciones comprenden aproximadamente de 20 a 65, preferiblemente aproximadamente de 30 a 60 y más preferiblemente aproximadamente de 35 a 55 por ciento por peso de cromo; aproximadamente de 20 a 65, preferiblemente aproximadamente de 25 a 60 y más preferiblemente aproximadamente de 30 a 55 por ciento por peso de molibdeno; aproximadamente de 0.5 a 3, preferiblemente aproximadamente de 1 a 2.5 y más preferiblemente aproximadamente de 1 .5 a 2 por ciento por peso de carbono; y aproximadamente de 10 a 45, preferiblemente aproximadamente de 15 a 35 y más preferiblemente aproximadamente de 20 a 35 por ciento por peso de níquel . Estas aleaciones son útiles para formar polvos y recubrimientos resistentes al desgaste que tienen la misma composición. En otra modalidad de esta invención, las aleaciones comprenden aproximadamente de 50 a 90, preferiblemente aproximadamente de 60 a 80 y más preferiblemente aproximadamente de 65 a 75 por ciento por peso de cromo y molibdeno; aproximadamente de 0.5 a 3, preferiblemente aproximadamente de 1 a 2.5 y más preferiblemente aproximadamente de 1 .5 a 2 por ciento por peso de carbono; y aproximadamente de 10 a 45, preferiblemente aproximadamente de 15 a 35 y más preferiblemente aproximadamente de 20 a 35 por ciento por peso de níquel. Estas aleaciones son útiles para formar polvos y recubrimientos resistentes al desgaste que tienen la misma composición. La concentración de carbono controla la dureza y las propiedades de desgaste de los recubrimientos formados con los polvos. Puede ser necesario un mínimo de aproximadamente 0.5 por ciento por peso de carbono para dar la dureza necesaria a los recubrimientos. Si el carbono excede aproximadamente el 3 por ciento por peso, la temperatura de fundición del polvo puede volverse demasiado alta y puede resultar demasiado difícil atomizar el polvo. En otra modalidad de esta invención se puede incluir cobalto en las aleaciones, polvos y recubrimientos. Los polvos pueden contener aproximadamente de 10 a 45, preferiblemente aproximadamente de 15 a 35 y más preferiblemente aproximadamente de 20 a 35 por ciento por peso de níquel más cobalto. Esto puede facilitar la fundición de la combinación de cromo/molibdeno/carbono que, si se deja por si sola, formaría carburos que tendrían temperatura de fundición demasiado altas para su atomización. El aumentar la concentración de níquel y cobalto puede dar una tendencia a aumentar la eficiencia de la deposición por medio de rociado térmico del polvo. Debido a que los niveles totales de níquel más cobalto superiores a aproximadamente 45 por ciento por peso pueden tender a ablandar el recubrimiento y a limitar la resistencia al desgaste del mismo, la concentración total de níquel más cobalto debe mantenerse debajo de aproximadamente 45 por ciento por peso. Adicionalmente, las aleaciones pueden contener solamente níquel o cobalto, ya que los recubrimientos que contienen solamente níquel (por ejemplo, aproximadamente entre el 10 y el 45 por ciento por peso de níquel) o solamente cobalto (por ejemplo, aproximadamente entre 10 y 45 por ciento por peso de cobalto) pueden formar polvos con resistencia al desgaste a la medida de aplicaciones específicas. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones, el n íquel y el cobalto parecen ser intercambiables.

En otra modalidad de esta invención se puede incluir en las aleaciones, polvos y recubrimientos boro, silicio y/o manganeso. Las aleaciones pueden contener aproximadamente de 0.5 a 3, preferiblemente aproximadamente de 1 a 2.5 y más preferiblemente aproximadamente de 1 .5 a 2 por ciento por peso de carbono más boro, silicio y/o manganeso. Con el fin de facilitar la fundición para su atomización, las aleaciones opcionalmente pueden contener supresores de punto de fusión como el boro, silicio y manganeso. Una cantidad excesiva de supresores de punto de fusión puede tender a reducir la resistencia tanto a la corrosión como al desgaste.

Como se indica arriba, las aleaciones incluyen carburos precipitados (y opcionalmente nitruros) de cromo y molibdeno entremezclados en ellas. Las aleaciones pueden contener una fracción de volumen de los carburos precipitados y opcionalmente los nitruros por encima de 0.25. Preferiblemente, la fracción de volumen de los carburos precipitados y opcionalmente los nitruros, dispersos en la aleación puede ser de 0.25 o mayor y más preferiblemente entre 0.35 y 0.80. Preferiblemente, el carburo precipitado y los granos de nitruro opcionales pueden ser de tamaño micrométrico y submicrométrico, por ejemplo, entre 0.5 o menos y 20 micrómetros, más preferiblemente entre 1 y 10 micrómetros en sus dimensiones mayores. El tamaño y la fracción de volumen de los carburos precipitados y opcionalmente los nitruros puede ajustarse mediante la variación del contenido de cromo, molibdeno y carbono. Las aleaciones de esta invención pueden mezclarse con molibdeno para formar polvos con resistencia al desgaste a la medida, para aplicaciones específicas. La cantidad de molibdeno que se puede mezclar con la aleaciones de esta invención no es cercanamente crítica y puede variar aproximadamente de 10 a 50, preferiblemente aproximadamente de 15 a 45 y más preferiblemente aproximadamente de 20 a 40 por ciento por peso del total de la composición de mezcla de aleación/molibdeno. La cantidad de molibdeno mezclado es adicional a la cantidad de molibdeno en la aleación. La cantidad de molibdeno mezclado dependerá de a aplicación deseada. Ventajosamente, los polvos de esta invención pueden producirse por medio de la atomización de gas inerte de una mezcla de elementos en proporciones declaradas aquí. Los métodos de atomización preferidos que pueden utilizarse en la fabricación de los polvos de esta invención se describen en la patente estadounidense número 5,863,618, cuyo contenido se incorpora aquí mediante referencia. Las aleaciones de estos polvos típicamente se funden a una temperatura de aproximadamente 1600° C y luego se atomizan en una atmósfera protectora (por ejemplo, argón, helio o nitrógeno). Más ventajosamente la atmósfera es de argón. Puede utilizarse una atmósfera de nitrógeno que puede resultar en la formación de fases duras adicionales entremezcladas en las aleaciones, por ejemplo, nitruros. Como se indica arriba, para facilitar la fundición para atomización , la aleación puede contener opcionalmente supresores de punto de fusión como el boro, el silicio y el manganeso.

Alternativamente, otros métodos posibles para manufacturar los polvos incluyen: sinterización y pulverización , sinterización y secado por rocío, sinterización y densificación por plasma. La atomización con gas, sin embargo, representa el método más efectivo para manufacturar el polvo. Las técnicas de atomización con gas típicamente producen un polvo que tiene una distribución de tamaño aproximadamente de 1 a 500 mieras. Para aplicaciones de rociado térmico, el polvo se clasifica en un tamaño aproximadamente de 1 a 100 mieras. Se puede producir recubrimientos utilizando las aleaciones de esta invención por medio de una variedad de métodos bien conocidos en la materia . Estos métodos incluyen el rociado térmico (plasma, HVOF, pistola de detonación , etc.), cobertura con láser; y arco transferido por plasma (PTA). El rociado térmico es el método preferido para la deposición de polvos para formar los recubrimientos de esta invención . Los polvos de aleación resistente al desgaste de esta invención son útiles para formar recubrimientos que tengan la misma composición. Los polvos de aleación de la presente invención son útiles para formar recubrimientos u objetos que tengan propiedades de desgaste excelentes, por ejemplo, recubrimientos resistentes al desgaste para proteger superficies que se someten a contacto de deslizamiento con otras superficies como anillos de pistones y recubrimientos de cilindros de motores de combustión interna. Los ejemplos que siguen pretenden ilustrar ciertas modalidades preferidas de la invención, y no se implica ninguna limitación a la invención . Ejemplo 1 Los polvos de aleación indicados en la tabla I se fabricaron mediante procesos iguales a los descritos en la patente estadounidense número 5,863,618. Tabla I Otras variaciones y modificaciones de la presente invención se volverán evidentes para los expertos en la materia. Esta invención no está limitada, excepto como se indica en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Una aleación que contiene aproximadamente de 20 a 65 por ciento por peso de cromo, aproximadamente entre 20 y 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente entre 0.5 y 3 por ciento por peso de carbono y aproximadamente entre 10 y 45 por ciento por peso de níquel.

2. La aleación de la reivindicación 1 , que además contiene aproximadamente de 10 a 45 por ciento por peso de níquel más cobalto.

3. La aleación de la reivindicación 1 , que además contiene aproximadamente de 0.5 a 3 por ciento por peso de carbono más boro, silicio y/o manganeso.

4. La aleación de la reivindicación 1 , que además contiene carburos precipitados y opcionalmente nitruros de cromo y molibdeno entremezclados en la aleación.

5. La aleación de la reivindicación 4, caracterizada además porque la fracción de volumen de los carburos precipitados y opcionalmente los nitruros dispersos en la aleación es de 0.25 o mayor.

6. La aleación de la reivindicación 4, caracterizada además porque el tamaño de los carburos precipitados y opcionalmente nitruros es aproximadamente de entre 0.5 o menos y 20 micrómetros en sus mayores dimensiones.

7. Un polvo resistente al desgaste, útil para su deposición mediante aparatos de rociado térmico, el cual comprende una aleación de aproximadamente de 20 a 65 por ciento por peso de cromo, aproximadamente entre 20 y 65 por ciento por peso de molibdeno, aproximadamente entre 0.5 y 3 por ciento por peso de carbono y aproximadamente entre 10 y 45 por ciento por peso de níquel.

8. El polvo resistente al desgaste de la reivindicación 7, caracterizado además porque la aleación además comprende aproximadamente de 10 a 45 por ciento por peso de níquel más cobalto.

9. El polvo resistente al desgaste de la reivindicación 7, caracterizado además porque la aleación además comprende aproximadamente entre 0.5 y 3 por ciento por peso de carbono más boro, silicio y/o manganeso.

10. El polvo resistente al desgaste de la reivindicación 7, caracterizado además porque la aleación además comprende carburos precipitados y opcionalmente nitruros de cromo y molibdeno entremezclados en la aleación. 1 1 . El polvo resistente al desgaste de la reivindicación 10, caracterizado además porque la fracción de volumen de los carburos precipitados y opcionalmente los nitruros dispersos en la aleación es de 0.25 o mayor. 12. El polvo resistente al desgaste de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tamaño de los carburos precipitados y nitruros opcionales está entre 0.5 o menos y 20 micrómetros en sus dimensiones más grandes.