PT101164A

PT101164A - Processo de revestimento de aneis de embolo por aspersao termica

Info

Publication number: PT101164A
Application number: PT101164A
Authority: PT
Inventors: Van Vatavuk; Jose Roberto Zalli Neto; Marcos R Piccili
Original assignee: Cofap
Priority date: 1992-01-03
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1994-05-31
Also published as: JPH0693409A; BR9200089A; MX9207674A; FR2685923A1; GB2262945A; ES2053397A1; ES2053397B1; DE4244610A1; NL9202300A; GB9226854D0; FR2685923B1

Description

A presente invenção refere-se a um processo de revestimento de anéis de êmbolo por aspersão térmica que utiliza diferentes materiais, que apresenta um custo reduzido de operação e mantém as propriedades médias do revestimento inalteradas. Um conhecido processo de revestimento de anéis de êmbolo, por aspersão, utiliza arames de alimentação de molibdénio com 99,9% de pureza, fundidos por respectivos maçaricos, alimentados com oxigénio e acetileno. Neste processo, gotícuias de molibdénio fundido são aspargidas contra a face externa de contacto de anéis de êmbolo, as quais se encontram numa temperatura relativamente fria se comparada à temperatura das gotículas quando estas atingem a referida face externa de contacto, utilizando-se como propulsor ar comprimido. A adesão entre as referidas gotículas e a referida face externa de contacto ocorre mecânicamente, pela solidificação das mesmas à rugosidade superficial da referida face externa de contacto, devido à pronunciada tensão de contrac-ção, durante a solidificação.

Além do custo elevado deste processo, por utilizar sómente o molibdénio, a camada de revestimento resultante mostra--se frágil, em consequência de a soldagem entre sucessivas camadas de revestimento ocorrer través de interfaces ricas em óxidos. Esta fragilidade torna o revestimento susceptível a fendas e lascas quando o anel de êmbolo é submetido a esforços mecânicos. A integridade do revestimento com o molibdénio é comprometida pelas altas temperaturas de trabalho do referido anel de êmbolo junto à câmara de combustão, principalmente devido à grande diferença entre o coeficiente de dilatação térmica do molibdénio e o metal base de liga de ferro, resultando nas referidas fendas quando sob tensão.

Além disso, o processo de revestimento por aspersão com arames é pouco versátil à combinação de diferentes materiais.

Num outro processo conhecido aspersão por pó, o qual possibilita a associaçao de materiais, mas no entanto tem um custo muito elevado, principalmente quando fôr aspersão por arco de plasma.

Assim, é um objectivo da presente invenção, obter um processo de revestimento por aspersão térmica de anéis de êmbolo, que produza um revestimento resistente a fendas e lascas quando submetido a grandes esforços mecânicos, e que seja de custo reduzido.

Um outro objectivo da presente invenção, é obter um processo de revestimento de anéis de êmbolo por aspersão térmica, de maior versatilidade quanto â mistura de diferentes materiais, possibilitando a composição de diferentes propriedades.

Estes objectivos são alcançados através de um processo de revestimento de anéis de êmbolo por aspersão térmica, incluindo a etapa inicial de reter uma pluralidade de anéis de êmbolo numa estrutura básica contra movimentos relativos mútuos e de modo a terem a sua face externa de contacto definindo uma superfície cilíndrica e ainda uma etapa complementar de aspergir, progressiva e continuamente, por corrente gasosa forçada e sobre toda a extensão da superfície cilíndrica da estrutura básica, uma massa de gotículas, fundidas por maçarico oxi-acetilénico a partir de pelo menos um arame de alimentação de molibdénio e de pelo menos um arame de alimentação de material mais mole de ligação metalúrgica, sendo que a massa de gotículas inclui cerca de 30% a 60% de molibdénio e o restante de material de ligação, sendo a referida aspersão feita de modo a revestir integralmente a referida superfície cilíndrica com a massa de gotículas em pelo menos uma camada. \ *0 A seguir a invenção será descrita^ôÃ^aáe nos desenhos em anexo, onde: A figura 1 apresenta uma vista parcial em corte longitudinal de uma porção de um êmbolo em operação no cilindro, onde a seta indica a pressão dos gases, carregando anéis de êmbolo, e um detalhe ampliado de um dos referidos anéis de êmbolo destacando-se o revestimento da sua face externa de contacto; a figura 2 apresenta, esquematicamente, anéis de pistão sendo aspergidos por arame de alimentação, segundo a presente invenção; e a figura 3 apresenta uma vista em corte transversal ampliado de uma porção de um anel de êmbolo provido de revestimento em sua face externa de contacto*

De acordo com a presente invenção, são apresentados anéis de êmbolo (1) a serem montados em êmbolo alternante (P) e que operam, durante o processo de combustão, junto à parede interna de um cilindro. Cada anel de êmbolo (1) apresenta uma face externa de contacto (la), carregando um revestimento anti--adesivo e anti-abrasivo que protege os referidos anéis de êmbolo (1) quando os mesmos estão submetidos a grande pressão e temperatura no ciclo de combustão.

Numa forma de realização da invenção, a face externa de contacto (la) de cada anel de êmbolo (1) é inicialmente produzida por maquinagem no referido anel de êmbolo (l), formando um sulco anelar superficial na porção mediana circular do referido anel de êmbolo (1), a ser preenchido com o revestimento até ser readquirido o diâmetro da face externa de contacto (la) do anel de êmbolo (l).

Numa outra forma de realização da invenção, a camada de revestimento é exteriorizada à face externa de contacto (la), aumentando o diâmetro da peça na região de aplicação do revestimento, até ser obtida uma camada de revestimento de largura anelar suficiente para se obter, após maquinagem final, uma espessura de revestimento de 2% a 7% da largura anelar básica do anel.

Segundo ilustrado na figura 2, uma estrutura básica (2) carrega e retém ao longo de seu comprimento, utilizando-se elementos de retenção tal como parafusos e porcas, uma pluralidade de anéis de êmbolo (l) imobilizados contra movimentos relativos mútuos e de modo a formar uma superfície cilíndrica que apresenta movimentos de rotação, em torno de um eixo de rotação que passa pelo centro do conjunto de anéis e é coincidente com o eixo geométrico da estrutura básica (2) e de translação, na direcção do referido eixo geométrico. A partir de uma determinada distância da referida estrutura básica (2) encontram-se dispostos dois sifões de gases (3) simultâneamente alimentados, através de suas respectivas entradas (a, b) por oxigénio e acetileno, de modo a formarem uma chama de fusão capaz de liquefazer os elementos químicos utilizados no processo de aspersão em descrição. Cada sifão de gás (3) apresenta uma regulação de chama obtida pela variação nas proporções de oxigénio e acetileno da chama.

Além da alimentação de gases em seu interior para a formação da chama descrita anteriormente, cada sifão (3) recebe, por uma terceira e uma quarta entradas (c e d), respectivamente, elementos químicos a serem fundidos e utilizados no revestimento dos anéis de êmbolo (1) e um volume de ar comprimido que leva, por uma saída (s) de cada referido sifão (3), as gotículas de cada elemento químico fundido, à face externa'de contacto da superfície cilíndrica da estrutura básica (2)-

Numa forma preferida de realização da invenção, o revestimento é obtido por aspersão térmica simultânea de dois elementos químicos distintos, mas em igual concentração, e apresentados na forma de rolos de arames de alimentação (4) respectivamente que passam por um sifão (3).

Na solução referida e descrita, um dos elementos químicos utilizados no revestimento é o molibdénio, responsável pelas características anti-abrasivas e anti-aderentes do revestimento, sendo o mesmo utilizado a 99,9% de pureza. 0 outro dos referidos materiais é o aço inoxidável. Este elemento de menor dureza se comparado com o molibdénio, é o responsável pela ligação metalúrgica do referido . molibdénio à face externa de contacto (la) dos anéis de êmbolo (1), e da coesão das várias camadas de revestimento, quando aplicadas sobrepostamente a camadas anteriores. Para cada um dos arames de alimentação usados, a chama oxi-acetilénica tem uma regulação específica, obtida através de uma proporção adequada de oxigénio e acetileno, definida em função do ponto de fusão de cada elemento de composição dos arames de alimentação. 0 aço inoxidável, por apresentar menor ponto de fusão, possibilita uma ligação metalúrgica mais pronunciada, aumentando a resistência ao lascamento do revestimento sob esforços mecânicos, melhorando a adesão do mesmo ao metal base do anel de êmbolo (1) e da coesão das partículas aspergidas. A adesão do revestimento ao metal base é principalmente metalúrgica. Nesta adesão, as gotículas de molibdénio ao serem aspergidas contra a face de contacto dos anéis de êmbolo, 7 -

encontram esta superfície fria, solidifica?ríd^.|^cÔradas ã rogosi-dade à qual é submetido o metal base previamente, devido à sua solidificação.

De acordo com a presente invenção, o revestimento é obtido utilizando-se de uma lioga, no caso uma liga química metalúrgica de molibdénio e aço inoxidável, de modo a obter-se uma melhor adesão do molibdénio à face externa de contacto (la) dos anéis de êmbolo, o que garante a sua resistência contra fendas e quebras durante as altas temperaturas de trabalho às quais são submetidos os anéis de êmbolo (1) junto à câmara de combustão. A aspersão ocorre ininterruptamente durante um determinado número de cilos de movimentos da estrutura básica (2) até que a face externa de contacto (la) de cada anel de êmbolo (1) da referida estrutura básica (2) apresente uma camada de revestimento homogenea e contínua da mistura de molibdénio-aço inoxidável, com largura anelar conforme anteriormente descrito.

Na solução apresentada, o revestimento é obtido fazendo-se a aspersão simultânea de molibdénio e aço inoxidável considerando-se pontos que se deslocam longitudinalmente sobre toda a extensão da estrutura básica (2) de modo a descreverem sobre a superfície cilíndrica da referida estrutura básica (2) trajectos helicoidais resultantes dos movimentos de rotação e de translação da referida estrutura básica (2) relativamente aos sifões de gases (3) e, consequentemente, à massa de gotículas fundidas por aspersão. 0 aço inoxidável garante não só a adesão do molibdénio ao metal base da face externa de contacto (la) de cada anel de 8 - ϊ t

V*-'

1 íCfá^^l.^elitre as gotícuias êmbolo (1), mas também proporciona uma de molibdénio.

Cada rolo de arame de alimentação (4) apresenta uma velocidade de alimentção do seu respectivo sifão (3) própria, 5 definida em função da concentração exigida na mistura de cada elemento químico usado no revestimento.

Além disso, a velocidade de rotação da estrutura básica (2) mantém uma proporcionalidade com a velocidade de W rotação dos rolos de arame de alimentação (4) que alimentam os sifões de gases (3), definida em função do número de camadas e da largura anelar de cada camada de revestimento a ser metalurgica-mente agregada à face externa de contacto (la) de cada anel de êmbolo (1). 0 módulo da referida velocidade de rotação da estrutura básica (2), relativamente ao módulo de velocidade de rotação de cada arame de alimentação (4) pode por exemplo ser nula.

Após a finalização da aspersão da liga de molibdénio--aço inoxidável sobre a superfície cilíndrica, cada anel de êmbolo (1) é submetido a uma maquinagem na sua face externa de contacto (la), para finalização do seu perfil operante.

Lisboa, 30 de Dezembro de 1992

J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficia! da Propriedade industrial RUA VtCTQR CORDON, 10-A 3.® 1200 LISBOA

Claims

4ι/ ff 9 REIVINDICAÇÕES 1§. - Processo de revestimento de anéis de êmbolo por aspersão térmica incluindo a etapa inicial de reter uma pluralidade de anéis de êmbolo (1) numa estrutura básica (2) contra movimentos relativos mútuos e de modo a terem sua face externa de contacto (la) definindo uma superfície cilíndrica, caracterizado pelo facto de incluir ainda a etapa de aspergir, progressiva e continuamente, por corrente gasosa forçada e sobre toda a extensão da superfície cilíndrica da estrutura básica (2), uma massa de gotículas, fundidas por maçarico oxi-acetilénico a partir de pelo menos um arame de alimentação (4) de molibdénio e de pelo menos um arame de alimentação (4) de material mais mole de ligação metalúrgica, sendo que a massa de gotículas inclui cerca de 30% a 60% de molibdénio e o restante de material de ligação, sendo a referida aspersão feita de modo a revestir integralmente a referida superfície cilíndrica com a massa de gotículas em pelo menos uma camada, sendo que durante a aspersão a superfície cilíndrica dos anéis é submetida a um movimento de rotação em torno de seu eixo geométrico simultaneamente a um movimento de translação axial sobre o referido eixo geométrico, de modo a produzir deslocamentos helicoidais de pontos de aspersão ao longo de toda a superfície cilíndrica.
2^. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material de ligação metalúrgica ser o aço inoxidável.
3 ã. - Processo de acordo com a reiVíjí^^&.fáo 2, carac-terizado pelo facto de a massa de gotículas, ser constituída de partes substancialmente iguais de molibdénio e aço inoxidável. 4s. - Processo de acordo com a reivindicação 3, carácter izado pelo facto de o revestimento da face externa de contacto dos anéis de êmbolo (1) apresentar uma espessura final acabada correspondente a 2 a 7% da largura do anel. Lisboa, 30 de Dezembro de 1992 vJ

J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR COROON, 10-A 3« 1200 LISBOA