PT2139639T - Peça brasada, método para produzir uma peça brasada e método para brasar componentes feitos a partir da referida peça brasada - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"PEÇA BRASADA, MÉTODO PARA PRODUZIR UMA PEÇA BRASADA E MÉTODO PARA BRASAR COMPONENTES FEITOS A PARTIR DA REFERIDA PEÇA BRASADA" 0 invento refere-se a uma peça brasada, a um método para fazer a peça brasada e a um método para brasagem assim como aos componentes feitos a partir das referidas peças brasadas. A brasagem é um processo de ligação metálica termicamente induzido que ocorre abaixo do ponto de fusão dos metais a serem ligados com a introdução entre eles na junta de uma liga de enchimento de ponto de fusão inferior. 0 processo envolve um número de processos metalúrgicos e químicos que ocorrem quer à superfície quer no interior dos materiais. Por exemplo, uma boa molhagem e espalhamento do metal de enchimento derretido na superfície são necessários e determinam se ocorrerá uma ação capilar. 0 fluxo capilar é o princípio físico dominante que assegura uma boa brasagem numa junta adequadamente espaçada, desde que o metal de enchimento derretido molhe ambas as superfícies que vão ser juntas. 0 fluxo capilar é afetado pela presença de filmes de óxido, rugosidade superficial e as condições e propriedades da atmosfera de brasagem. A brasagem do alumínio e as suas ligas é particularmente difícil porque se forma um filme de óxido na superfície quando exposto ao ar. A ação de barreira do filme de óxido no alumínio dificulta a molhabilidade e inibe o fluxo capilar. Para inibir o contacto íntimo entre o metal de enchimento derretido e o metal base é necessário desfazer o óxido, por exemplo através do uso de um sal inorgânico que atua como um fluxo. Uma atmosfera de brasagem inerte livre de oxigénio e vapor de água é necessária para evitar a reoxidação do metal de enchimento derretido e a oxidação do próprio fluxo. Isto é conseguido brasando sob atmosfera de azoto ou usando um vácuo.

Um campo em que a brasagem de peças de alumínio é empregue é no fabrico de permutadores de calor, por exemplo, para uso como radiadores de automóveis, condensadores, evaporadores, radiadores de óleo, refrigeradores de ar de admissão e de combustível, e permutadores de calor estacionários. 0 documento GB1438955 descreve um método para a brasagem do alumínio, que é comercializado pelo detentor da patente como processo Nocolock (Marca Registada). Uma folha de alumínio a ser brasada, tem um revestimento metálico de enchimento da superfície em uma ou ambas as faces. 0 núcleo é alumínio não em liga e o revestimento da superfície é numa liga eutética de alumínio-silício. Alumínio a 12% em peso de silício é uma liga eutética com um ponto de fusão de 577°C. 0 ponto de fusão do alumínio não em liga é significativamente superior a 660°C. A camada superficial forma assim uma solda dura ou um metal de enchimento através do que os componentes feitos a partir da tal folha de brasagem podem ser ligados em conjunto. Na operação de brasagem, dois de tais componentes são colocados em contacto e sujeitos a uma temperatura à qual a camada superficial é fundida sem fundir o núcleo. É necessário um fluxo e o documento GB1438955 descreve a utilização de uma mistura de fluoreto de potássio (KF) e fluoreto de alumínio (AIF3) em pó fino com granulometria inferior a 75 microns. Para preparar para brasagem, este material é misturado com água e aplicado nas superfícies a serem brasadas. A brasagem é então conduzida num forno de brasagem a uma temperatura de cerca de 600°C. 0 material de enchimento e o fluxo fundem e uma boa junta brasada pode ser feita.

Em uso comercial, a brasagem usando esta técnica é realizada sob atmosfera inerte de azoto através de um forno em túnel contínuo.

Uma desvantagem desta aproximação é o tempo que demora e o comprimento da linha requerida. Demora tempo para aplicar e secar a mistura de fluxo e, na verdade, muito da linha de processamento pode ser gasto apenas com estes dois passos. Também, por causa da maneira da aplicação do fluxo, a quantidade de fluxo por unidade de área pode variar entre os lotes de produtos e é também difícil assegurar que o fluxo penetra até locais que podem ter difícil acesso. Uma quantidade insuficiente de fluxo resultará em brasagem imperfeita, enquanto que uma quantidade muito grande de fluxo não apenas aumentará os custos de processamento como também resultará em problemas tais como um fluxo residual na junta brasada, que prejudica a aparência da junta e pode interferir com qualquer processamento da superfície subsequente. Geralmente, contudo, é necessário geralmente usar um excesso de fluxo para assegurar que todas as áreas sejam brasadas com sucesso. Existe também o problema da poluição do forno de brasagem pelo excesso de fluxo que escorre das peças a serem brasadas. Além disso, nem todos os componentes de um permutador de calor necessitam ser revestidos com uma liga de brasagem. Por exemplo, um radiador é geralmente construído com tubos de revestidos e aletas não revestidas. Quando se aplica o fluxo ao radiador usando uma mistura antes da brasagem num forno todas as superfícies ficam cobertas com o fluxo, não apenas as superfícies revestidas de brasagem. Isto origina um desnecessário grande consumo de fluxo.

Uma aproximação usada pela Sandvik Osprey tem sido a de eliminar a necessidade de uma folha de brasagem de alumínio que tenha um revestimento de superfície através do uso da tecnologia de partículas. Deste modo, no Pedido de Patente Internacional N° W094/17941 é descrito um método para produzir um material em pó revestido com um fluxo. No seu anterior Pedido de Patente Internacional N° W092/15721, é descrita a formação por pulverização usando duas ou três pulverizações em que cada uma das pulverizações usa o mesmo material de alimentação de liga metálica derretida. No documento W094/17941, uma pulverização é de liga de alumínio-silício e outra pulverização é de uma mistura de um para um de partículas de fluoreto de potássio e de fluoreto de alumínio. As partículas contactam gotículas de liga atomizadas e fundem para formar um revestimento ou revestimento parcial das gotículas de liga, solidificando como pó revestido e em consequência proporcionando uma mistura íntima relativa da liga e do fluxo embora uma porção das partículas de fluxo e das gotículas de liga solidificadas permaneçam como partículas separadas dado que não há contacto durante o voo e as tais partículas separadas de fluxo não são fundidas durante o voo e a sua recolha.

De modo a efetuar a brasagem com este material, pode ser usada uma peça de alumínio não revestida, na qual o pó é aplicado num meio portador contendo um ligante para fazer aderir o pó na posição ou posições desejadas. À temperatura de brasagem, o pó eutético de alumínio-silício funde e o revestimento atua como fluxo para desfazer a camada de óxido na peça de alumínio não revestida permitindo o contacto íntimo com o eutético derretido de forma a que pode ser formada uma junta brasada. A maior desvantagem desta técnica é a necessidade de remover o ligante antes do início da fusão quer do fluxo quer do metal de enchimento. Se isso falhar o resultado é uma junta brasada fracamente formada. No caso de permutadores de calor, devido à sua natureza, os permutadores de calor contêm superfícies internas que não podem ser brasadas facilmente pelo sistema de partículas e ligante, dado que os produtos de decomposição do ligante não podem ser ventilados e removidos.

Embora este método de pó revestido elimine a necessidade de produzir um revestimento de faixa de alumínio com um ponto de fusão inferior ao da liga de brasagem de alumínio-silício, são ainda necessários passos de processamento adicionais para revestir as peças de alumínio a serem brasadas com o pó revestido de fluxo. Pode ser difícil aplicar uniformemente o pó às peças a serem brasadas. 0 processo de aplicação do pó nas juntas brasadas pode ter riscos para a saúde. 0 pó pode também tornar difícil localizar com precisão a localização da posição das peças a serem ligadas, tais como os tubos dos permutadores de calor de alumínio e as aletas de arrefecimento, devido ao espaço ocupado pelo pó.

Existem várias aproximações para produzir produtos de brasagem misturando pós em conjunto. Por exemplo, o documento EP552567 existe um retorno a uma situação em que uma folha de núcleo tem um revestimento de superfície. 0 material que forma o revestimento é referido no pedido de patente como "agente de brasagem". Para formar o agente, uma mistura de diferentes pós é misturada. Os pós são: um pó de alumínio com 99,5% de pureza, ou um pó de silício, um pó de zinco, um pó de estanho, um pó de índio e um pó de fluxo de fluoreto sendo uma composição eutética de KF e A1F3. Os pós de base metálica possuem um diâmetro médio de 44 microns ou menos de dimensão, enquanto que os pós de fluxo possuem um diâmetro médio de 30 microns. Após mistura, os pós são colocados num vácuo a 500°C de modo a desgaseificar os pós removendo humidade e hidrogénio. Subsequentemente o lote de pó é aquecido a 480°C e sujeito a um processo de prensagem a quente. O bloco resultante é então extrudido a 500°C. O pedido de patente descreve bons resultados de brasagem conseguidos com um teor de pó de silício de 5 ou 10% em peso e um teor de fluxo de 5, 8 ou 10% em peso. A brasagem é testada no pedido de patente fixando o provete numa placa de suporte formada por uma liga de alimínio JIS-A3003 e aquecendo a 600 a 620°C durante dez minutos em azoto gasoso. Não foi adicionado fluxo adicional. O documento FR2855085 descreve também a prensagem isostática a quente de uma mistura de pó, neste caso de um fluxo de criolite a 10% em peso com uma dimensão de partícula entre 1 micron e 10 microns, sendo o remanescente uma mistura consistindo de 98% em peso de zinco e 2% em peso de alumínio ambos com uma dimensão de partícula entre 50 e 300 microns. O pó misto é prensado a quente a 350°C até uma pressão de 1200 bar durante três horas. Nas reivindicações do pedido de patente é sugerido que a barra resultante pode ser trabalhada, por exemplo laminada. O documento US 6,164,517 descreve a produção de um material de brasagem em forma de anel sem descon- tinuidades. Um pó de uma liga de enchimento, Al 10% em peso e Si é usado e misturado com um pó de AIF3 um pó de KF na proporção de 80:20 de pó de liga em relação ao fluxo formando o pó de material. O pó misturado é prensado à temperatura ambiente e então aquecido a 400°c num queimador com atmosfera redutora e extrudido a quente para formar um tubo. O tubo é então cortado para proporcionar peças de brasagem em forma de anel sem descontinuidades com uma largura de 1,6 mm. A mistura de pós de metal e fluxo em conjunto com uma subsequente consolidação tem várias desvantagens inerentes. Estas incluem: (i) Os pós misturados em conjunto nas descrições atrás mencionadas têm diferentes dimensões médias, distribuições de dimensão ou peso específico que, tal como está bem documentado na técnica da metalurgia do pó, torna difícil proporcionar com sucesso uma mistura uniforme sem alguma degradação dos diferentes pós de composição; além disso, a distribuição do fluxo no estado compactado estará limitado pela dimensão dos pós metálicos usados. (ii) A moagem é, por vezes, usada para ultrapassar os problemas inerentes à mistura dos pós em conjunto, contudo, isto tem outras desvantagens significativas pelo facto da formação de óxido ser muito excessiva e da moagem dos pós à base de alumínio poder ser extremamente prejudicial para a saúde. Adicionalmente, o trabalho mecânico do fluxo pode conduzir à degradação do fluxo. (iii) 0 alumínio é um material extremamente reativo e tal pó durante o longo período de tempo requerido para a sua produção e processamento formará inevitavelmente um filme de óxido na sua superfície. Quando o pó está subsequentemente consolidado por exemplo através de uma prensagem a quente ou uma prensagem isostática a quente (HIP da sigla em inglês), este óxido ficará incorporado no produto final. Isto aumenta o requisito de fluxo na operação de brasagem final ou reduz a atividade de molhagem do produto final para um dado teor de fluxo. Note-se que Pechiney, na sua publicação na 2nd Int Conf on Spray Forming, 1993 - "High stiffness and fatigue strength Al-Si-Fe base alloys produced by the Osprey route", indica teores de oxigénio para um produto formado por pulverização de 140 ppm versus 1200 ppm para a liga idêntica produzida em forma de pó e 5 ppm para uma liga fundida com arrefecimento direto (DC, da liga em inglês) semelhante. (iv) O óxido (em conjunto com a necessidade de fluxo extra) tal como mencionado no documento US 6,164,517, torna o produto mais frágil, o que reduz o domínio para subsequente trabalho mecânico. (v) O pó de alumínio é também propenso a assimilar humidade e hidrogénio e consequentemente esta é a razão porque é requerido uma prolongada desgaseificação de um pó misturado e revestido antes da consolidação por prensagem a quente ou prensagem isostática a quente. (vi) As muitas operações de processo requeridas na produção de pó e subsequente desgaseificação e consolidação tornam tais processos complexos, onerosos, altamente dependentes de energia e, por isso, não competitivos e ambientalmente não atrativos. (vii) No caso em que são usados pós elementares, por exemplo o documento EP552567 mencionado atrás, a dimensão das partículas de silício permanecerá substantivamente semelhante à dimensão do pó adicionado (ou seja 40 micron) na folha de brasagem.

De modo a ultrapassar vários dos problemas associados à mistura de pó e consolidação e para proporcionar um método mais económico de produção, é descrita uma técnica na caducada patente JP7001185 em que uma liga de alumínio-silício derretida é deixada a solidificar até um estado semiderretido a que um pó de fluxo é adicionado, a mistura semiderretida é agitada e subsequentemente deixada a arrefecer e a solidificar. Embora uma tal aproximação possa representar uma melhoria em alguns aspetos em relação às técnicas de mistura de pó e de consolidação, o produto solidificado apresentará as características típicas de um produto fundido e solidificado relativamente lentamente. Por exemplo, a fase de Si solidificada em primeiro lugar estará relativamente grosseira, particularmente em forma acicular e macrossegregada, tudo caracteristicas prejudiciais para a subsequente trabalhabilidade a quente. Além disso, o pó de fluxo que fundirá ao ser adicionado à liga de alumínio-silício semiderretida tentará separar-se da liga de alumínio-silício devido à sua insolubilidade, imiscibilidade e diferença de densidades e tal separação conduzirá ao engrossamento da fase de fluxo frágil durante a lenta solidificação, conferindo novamente ao produto fracas caracteristicas de trabalhabilidade a quente. Adicionalmente, conseguir uma mistura homogénea será muito difícil. Embora a agitação do metal semiderretido ajude de algum modo, está bem documentado que a agitação da liga derretida (ou seja, em processos de reofundição e tixoformação) está limitada a uma certa fração de volume da liga derretida abaixo da qual a agitação se torna extremamente difícil dado que a viscosidade da mistura fundida aumenta. A agitação pode também resultar na incorporação de óxido no produto. 0 documento US-A-2007/0029370 refere-se a um processo para preparar substratos, tais como permutadores de calor com a superfície de alumínio ou de liga de alumínio, para brasagem por deposição de material através de pulverização cinética. O pó de liga de enchimento de zinco-alumínio-silício é misturado com pó de fluxo NOCOLOK (marca registada) e é pulverizado por via cinética no substrato com uma velocidade de saída da ponteira de até cerca de 1000 m/s.

De acordo com um aspeto do presente invento é proporcionada uma peça de brasagem com autofluxo de acordo com a reivindicação 1.

Acredita-se que, durante a brasagem o material inorgânico é libertado a partir do material compósito facilitando com vantagem o desfazer do óxido da superfície da interface óxido-metal e fazendo com que o metal de enchimento derretido revista então o óxido fragmentado promovendo a rápida formação de uma ligação metálica termicamente induzida entre as superfícies que se tocam adj acentes. 0 teor de oxigénio da matriz é preferencialmente não superior a 350 ppm ou adequadamente não superior a 250 ppm em peso. Ainda mais preferencialmente o teor de oxigénio da matriz é não superior a 100 ppm, mais preferencialmente este pode ser mesmo inferior a 50 ppm. O teor de oxigénio global da peça depende substancialmente do contido no sal inorgânico antes da sua introdução na matriz. É importante que o teor de oxigénio global seja substancialmente inferior ao obtido misturando pós metálicos com um sal inorgânico devido à elevada inerente área superficial dos pós metálicos particularmente quando estes contêm elementos reativos tais como alumínio. O teor de oxigénio global reduz também substancialmente a necessidade de sal inorgânico e estes dois fatores aumentam grandemente a ductilidade do material compósito tornando fácil de trabalhar a quente ou a frio. A matriz é preferencialmente uma liga de brasagem e pode ter alumínio como constituinte principal e o silício pode ser o outro constituinte principal. 0 teor de silício pode ser de 5 a 15% em peso e ou pode ser 6 ou 6,8 a 13% em peso ou pode ser 10 a 12% em peso ou pode ser 11 a 12% em peso. A liga de alumínio-silício forma um produto eutético dentro desta gama e, consequentemente, tem uma temperatura de fusão reduzida. Outras gamas adequadas são Ai 6,8 a 8,2% em peso Si (AA4343), Ai 9 a 11% em peso Si (AA4045) e Ai 11 a 13% em peso (AA4047). Outras adições de liga podem estar presentes para melhorar as propriedades da junta brasada subsequente. O ou cada um dos sais inorgânicos podem ser qualquer material adequado para formar um fluxo durante a brasagem. Numa forma de concretização preferida, é proporcionado um fluxo de fluoreto de alumínio tal como o sal inorgânico, ou dois ou mais sais inorgânicos são proporcionados de forma que, durante a brasagem, se forma um fluxo de fluoreto de potássio-alumínio. Noutra forma de concretização preferida, é proporcionado um material de fluoroaluminato de potássio como sal inorgânico ou dois ou mais sais inorgânicos são proporcionados, em que durante a brasagem se forma um fluxo de fluoroaluminato de potássio.

Surpreendentemente, quando se aquece ao ar por si próprio verifica-se que o sal reage com o oxigénio e forma óxidos. Isto foi visto como um ganho de massa numa análise por Calorimetria de Exploração Diferencial (DSC, da sigla em inglês) de amostras de sal puro, ver Figura 8. Dado que, no caso do compósito formado por pulverização, o sal é completamente encerrado numa matriz de alumínio a partir do momento da deposição até se refundir durante a operação de brasagem, o sal é protegido da oxidação nem da hidratação. Numa mistura de pó antes da compactação e densificação, a porosidade aberta é substancial e o oxigénio na atmosfera tem acesso ao interior do corpo. Esta oxidação do sal é prejudicial para a subsequente atividade do fluxo. 0 sal no material compósito formado por pulverização é protegido do efeito adverso da exposição ao ar por aquecimento e também não contém substancialmente óxido interno. A ação do fluxo é assim mantida durante um tempo em que o sal funde, é libertado do interior do compósito, desfaz o óxido e espalha-se sobre a superfície. 0 material compósito pode ter um teor de sal inorgânico de 0,2 a 10% em peso. O material compósito tem preferencialmente um teor de sal inorgânico de pelo menos 0,9% em peso, mais preferencialmente pelo menos 1,2% em peso. O material compósito tem preferencialmente um teor de sal inorgânico de pelo menos não mais de 5% em peso, mais preferencialmente não mais de 4% em peso. Numa forma de concretização particularmente preferida, o material compósito tem um teor de sal inorgânico de cerca de 2 a 3% em peso. Se não houver sal suficiente no material compósito, então a qualidade da junta é afetada ou, na verdade, não se formará junta. Se existir muito sal inorgânico no material compósito então este não é mais suficientemente dúctil para aceitar subsequente trabalho mecânico, que é importante na maioria dos contextos. 0 material compósito formado por pulverização será caracterizado pelas fases solidificadas rapidamente não macrossegragadas de silício e alumínio, em que a fase de Si primária pode apresentar uma dimensão média inferior a 1 micro e uma dimensão máxima inferior a 5 microns com a fase de sal inorgânico rapidamente solidificada estando distribuída ao longo de uma gama de dimensão alargada, muito maior do que a do sal inorgânico ou dos sais inorgânicos injetados com dimensões típicas na gama de 5-15 microns, podendo incluir o tal compósito partículas de sal extremamente finas inferios a 1 micron de dimensão e uma fase microssegregada com partículas até 200 microns de dimensão, correspondendo às últimas partes do compósito solidificado. As imagens nas Figuras 3, 4, 5, 6, 7, 9 e 10 apresentam alguns aspetos da microestrutura das formas de concretização do material de acordo com o presente invento. As primeiras indicações são as de que as formas de concretização apresentam uma dispersão logarítmica normal bimodal.

As dimensões das partículas de Si em materiais compósitos formados por pulverização são muito mais pequenas do que as produzidas usando fundição, incluindo processos de fundição com arrefecimento direto ou de reofundição, ver Figuras 9 e 10. Uma pequena dimensão de partícula de Si é benéfica por proporcionar uma fusão rápida do material de revestimento de brasagem e um fluxo eficiente do material fundido para os potenciais locais das juntas. As partículas de Si pequenas podem ser conseguidas sem adição de agentes de modificação, por exemplo Sr. Partículas de Si pequenas no material, que podem ser inferior a 10 microns de diâmetro, preferencialmente inferiores a 5 microns, o mais preferido inferiores a 3 microns, são também benéficas em produtos muito finos com pouco revestimento; as partículas de Si pequenas auxiliam a formação de uma poça de material fundido contínua na superfície de, por exemplo, aletas dos condensadores para proporcionar uma formação de junta mais eficiente. Também, as dimensões das partículas de Si mais pequenas do compósito formado por pulverização devem ser benéficas para a resistência a alta temperatura de produtos enrolados revestidos (aumenta a resistência) que por sua vez devem proporcionar menos extravasamento nas partes laterais de, por exemplo, lingotes para laminar, melhorando o rendimento do material e a homogeneidade da espessura do revestimento. O sal inorgânico ou sais inorgânicos injetados desidratam durante os passos de injeção, voo e deposição. Além disso, ao contrário do esperado, o sal inorgânico contido no compósito formado por pulverização é significativamente cristalograficamente diferente em relação ao sal inorgânico antes da injeção ou tal material depois de desidratação, tal como mostrado nas figuras 12 e 13. As nossas investigações mostraram que a composição da fase de sal nos diferentes compósitos difere acentuadamente da da matéria-prima injetada e pode, em certas partes, aparecer como fase amorfa devido à sua fusão e subsequente rápida solidificação. Isto obviamente não seria esperado a partir do método da técnica anterior de mistura simples e compactação do fluxo e pó de aluminio-silicio (porque o fluxo não funde) ou mesmo a partir da reofundição do metal fundido contendo fluxo e liga de aluminio-silicio (por causa do fluxo vir a solidificar lentamente). As primeiras indicações são as de que o ponto de fusão do sal transformado no compósito é inferior ao do sal injetado. Experiências realizadas com o sal no compósito usando DSC indicam um principio de fusão a cerca de 550°C, por vezes seguido de um segundo inicio de fusão a 563°C, ver figura 2. Isto está em contraste claro com a fusão do sal apenas injetado, que apresenta uma única endotermia de fusão. Está também em contraste claro com a mesma liga de aluminio-silicio sem qualquer sal, em que apenas se verifica a endotermia normal e eutética esperada a 577°C. Este sal inorgânico transformado resulta numa melhoria da atividade do fluxo durante as operações de brasagem. 0 espaçamento interpartícuias entre cristais de sal adjacentes na peça é preferencialmente inferior a 10 microns ou mais preferencialmente inferior a 5 microns. O teor de oxigénio global da peça como um todo é preferencialmente não superior a 1000 ppm em peso. Preferencialmente o teor de oxigénio da peça é não superior a 500 ppm, mais preferencialmente não superior a 300 ppm e pode ser mesmo inferior a 250 ppm.

De acordo com outro aspeto do invento, é proporcionado um componente compreendendo pelo menos uma peça de acordo com o primeiro aspeto do invento ligado a um artigo metálico tal como um tarugo, lingote ou placa. A ou cada peça pode ser metalurgicamente ligada ao artigo metálico, por exemplo, através de trabalho mecânico, tal como passagem em rolo a quente ou a frio. Numa forma de concretização, duas peças de acordo com o primeiro aspeto do invento são ligadas ao artigo metálico em lados opostos deste. Este pode ser ainda mais trabalhado por exemplo laminação numa folha. O componente pode ser de qualquer forma adequada e para qualquer uso adequado, mas numa forma de concretização preferida o componente após trabalho é um componente a ser ligado por brasagem num permutador de calor, tal como um radiador de automóvel, condensador, eveporador, refrigerador de óleo, refrigerador do ar de admissão ou refrigerador de combustível ou um permutador de calor estacionário. Na verdade, o componente pode ser uma placa, aleta ou tubo a ser brasado num permutador de calor, tal como um radiador de um automóvel. Adicionalmente, a folha de brasagem pode ser usada para a produção de qualquer peça brasada incluindo mas não limitada a peças de electrónica, mecânica ou engenharia.

De acordo com ainda um outro aspeto do invento é proporcionado um método de acordo com a reivindicação 15.

De acordo com um outro aspeto do invento é proporcionado um método de acordo com a reivindicação 16. A técnica de formação por pulverização resulta em muito pouca oxidação dos materiais particularmente das ligas de alumínio devido à extrema rapidez da operação de formação por pulverização em que gotículas atomizadas de gás inerte se formam e reconsolidam em milissegundos, numa atmosfera inerte, normalmente azoto. Isto também significa que o sal ou sais inorgânicos, que formam um fluxo durante a brasagem, têm apenas um pequeno teor de óxido inerente com que lidar, que não interfere com a capacidade do fluxo de ser eficaz na área onde é requerido, nomeadamente nas superfícies a serem brasadas. Além disso, como o fluxo está contido dentro do compósito, não será oxidado por si próprio durante o passo de aquecimento antes da fusão e brasagem. Consequentemente, apenas uma quantidade mínima de sal é requerida para combinar com o baixo teor de óxido da liga matriz tornando o material relativamente dúctil permitindo rapidamente ser trabalhado a quente ou a frio. Consequentemente, bastante surpreendentemente numa operação rápida e integrada, pode ser formado um material compósito com uma assimilação mínima de oxigénio, com uma matriz solidificada rapidamente, contendo finos precipitados de silício e uma fase de alumínio de grão fino, tal como uma fase de alumínio englobando partículas inorgânicas de forma a que não se possa formar macrossegragação do sal soli-dificante durante a solidificação final de tal compósito que apresenta uma elevada densidade sem porosidade interligada de forma a que não se forme óxido durante o processamento posterior, com excelente trabalhabilidade e com excelentes propriedades de brasagem de forma que durante a brasagem substancialmente todo o sal inorgânico esteja disponível para promover a formação de uma ligação metálica induzida termicamente. 0 teor de oxigénio do material compósito é preferencialmente não superior a 500 ppm superior do que o teor de oxigénio combinado da liga derretida e do fluxo a partir do qual tal compósito é produzido. Preferencialmente ainda o teor de oxigénio do compósito é não superior 250 ppm, mais preferencialmente pode ser inferior a 100 ppm do que o das peças componentes a partir das quais é fabricado. O sal inorgânico pode ser atomizado. O sal inorgânico pode ser atomizado em gotículas com uma dimensão inferior às das gotículas de material de metal ou de liga de metal, que podem ter um diâmetro médio na gama de 50 a 150 microns. Alternativamente, o sal inorgânico pode ser introduzido como partículas sólidas. As partículas sólidas de sal inorgânico podem ter um diâmetro médio de 10 microns ou menos. O sal introduzido é inorgânico, tem um ponto de fusão inferior e é insolúvel e imiscível com o material metálico ou de liga metálica em forma derretida, molha o material de liga de alumínio e tem também a capacidade de formar um fluxo dissolvendo óxidos. Apesar de tais partículas inorgânicas serem insolúveis e imiscíveis no metal ou liga metálica, a solidificação rápida do metal ou liga metálica pulverizado engloba as partículas inorgânicas de modo que que não possa ocorrer macrossegragação do sal inorgânico que solidifica durante a solidificação final. 0 sal inorgânico pode ser pelo menos parcialmente fundido quando introduzido ou quando em voo mas estará substancialmente completamente derretido imediatamente após deposição onde o depósito está perto da temperatura de sólido da liga metálica e por isso acima do ponto de fusão do sal. Quando uma peça sólida contínua é para ser formada, a técnica anterior tem residido principalmente na pulverização de material de metal ou de liga metálica derretido, possivelmente com partículas cerâmicas não derretidas, que possuem um elevado ponto de fusão e permanecem sólidas durante o processo. Os inventores verificaram surpreendentemente que um tarugo pode ser construído formando uma estrutura compósita não macrosse-gregada através de formação por pulverização de um material de liga de alumínio derretido com um ou mais sais de formação de fluxo inorgânicos que têm um ponto de fusão inferior ao do material de liga de alumínio e pelo menos parcialmente fundido quando introduzido ou quando está a ser pulverizado. 0 sal inorgânico pode estar pelo menos parcialmente derretido e está preferencialmente substancialmente completamente derretido quando depositado por pulverização na superfície de um coletor com material de liga de alumínio. Isto torna a formação de uma peça de compósito com o sal inorgânico não macrossegregado numa matriz de liga de alumínio ainda mais surpreendente devido à sua insolubilidade e imiscibilidade. A extração do calor das gotículas de liga de alumínio é controlada durante a pulverização de forma a encerrar o sal inorgânico e em consequência a prevenir a separação numa escala macro. De forma interessante, a dimensão e a distribuição das partículas de fluxo na matriz de liga de alumínio não tem relação com a dimensão do sal inorgânico injetado. Por exemplo, a dimensão média do sal injetado é tipicamente de 10 microns e pode estar na gama de 5 a 15 microns. A mistura íntima das gotículas metálicas e de sal durante o voo e deposição em conjunto com o impacto e a deposição rápida do sal e gotículas na superfície de deposição resultam na fusão e solidificação do sal com uma larga distribuição de dimensão com partículas extremamente finas de fluxo inferior a 1 micron sendo formadas na matriz de liga em conjunto com partículas mais grosseiras até 200 microns de dimensão sendo formadas através de coalescência limitada de sal nas últimas áreas do compósito a solidificar (ver Fig. 3) . Usando trabalho mecânico a fase de sal é progressivamente desfeita em partículas finas tipicamente com uma dimensão inferior a 5 microns. O espaçamento entre partículas de cristais de sal adjacentes na peça é preferencialmente inferior ao diâmetro das gotículas de alumínio-silício a partir das quais se formou a peça compósita formada por pulverização. 0 espaçamento máximo entre partículas de cristais de sal adjacentes na peça é preferencialmente em qualquer caso inferior a 10 microns ou mais preferencialmente inferior a 5 microns. A peça compósita formada através do método do invento pode ser usada por si própria como item separado. Alternativamente, o material compósito pode ser ligado a um artigo metálico como um lingote, tarugo ou placa. O material compósito pode ser ligado a um lado do artigo metálico ou alternativamente duas peças do material compósito podem ser ligadas ao artigo metálico em lados opostos do mesmo. O material compósito pode ser ligado ao artigo metálico através de qualquer técnica adequada e pode ser ligado, por exemplo, através de ligação por passagem em rolo a quente ou a frio. Alternativamente, o material compósito pode ser ligado ao artigo metálico durante a consolidação dos materiais através de formação por pulverização, em que os materiais podem ser formados por pulverização sobre um artigo metálico para se ligarem a este. Outras variantes específicas são as de que o material compósito pode ser formado por pulverização diretamente sobre o artigo metálico na forma de um tarugo cilíndrico ou tubular ou uma tira metálica.

Uma vez o material compósito ligado ao artigo metálico, o componente assim criado pode ser sujeito a trabalho mecânico, por exemplo forjamento, e/ou laminação e/ou extrusão.

De acordo com outro aspeto do invento é proporcionado um método para fazer uma junta brasada, compreendendo o método a colocação de uma peça de brasagem de acordo com o primeiro aspeto do invento ou colocando a peça de material compósito de um componente de acordo com o segundo aspeto do invento em contacto direto com outra peça de metal ou liga metálica e aquecimento da junta na ausência de fluxo adicionado.

De acordo com um primeiro aspeto do invento é proporcionado um método para produzir uma junta brasada, compreendendo o método a realização do método de acordo com o terceiro ou quarto aspeto do invento, colocando o material compósito em contacto direto com uma peça de metal ou de liga metálica e aquecendo a junta na ausência de fluxo adicionado.

Em qualquer um dos dois aspetos precedentes do invento, o aquecimento da junta pode ocorrer numa atmosfera inerte ou redutora ou em vácuo moderado.

De acordo com outro aspeto do invento é proporcionada uma peça brasada formada por pulverização ou formada por pulverização com autofluxo e mecanicamente trabalhada compreendendo um material compósito compreendendo uma liga de alumínio-silício rapidamente solidi ficada caracterizada por precipitados de silício primários com uma dimensão média inferior a 10 microns uniformemente distribuídos numa matriz de alumínio, tendo a matriz de alumínio disperso internamente pelo menos um material de sal inorgânico com um ponto de fusão inferior ao da liga de alumínio-silício e insolúvel e imiscível na liga de alumínio-silício, fundido o material inorgânico ou os materiais inorgânicos durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

De acordo com um outro aspeto do invento é proporcionada uma peça de brasagem com autofluxo compreendendo um material compósito formado por pulverização, compreendendo uma liga da alumínio-silício rapidamente solidificada caracterizada por precipitados de silício primários com uma dimensão média inferior a 10 microns uniformemente distribuídos numa matriz de alumínio, estando a matriz de alumínio internamente dispersa com pelo menos um material de sal inorgânico com um ponto de fusão inferior ao da liga de alumínio-silício e insolúvel e imiscível na liga de alumínio-silício, com o material inorgânico ou materiais inorgânicos fundindo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida, estando o material inorgânico ou materiais inorgânicos presentes na peça na forma de cristais solidificados apresentando uma distribuição bimodal de cristais finos com dimensões inferiores a 10 microns e cristais mais grosseiros com dimensão de 5 a 200 microns, estando os referidos cristais mais grosseiros microssegragados nas últimas regiões do compósito a solidificar.

De acordo com outro aspeto do invento é proporcionado um método para produzir uma peça de brasagem com autofluxo, compreendendo o método os passos de atomi-zação de uma corrente de material derretido de liga de alumínio-silício numa pulverização de gotículas, introdução na corrente ou pulverização de pelo menos um sal inorgânico, estando o sal inorgânico ou os sais inorgânicos dispostos para formar um fluxo durante a brasagem, e consolidação dos materiais por formação por pulverização para formar uma peça compósita caracterizada por precipitados de silício primários de tamanho médio inferior a 10 microns, estando a matriz de alumínio internamente dispersa com pelo menos um material de sal inorgânico com um ponto de fusão inferior e insolúvel e imiscível na liga de alumínio-silício, tal como um material ou materiais de sal estando na forma de cristais solidificados apresentando uma distribuição bimodal de cristais finos com uma dimensão inferior a 10 microns e cristais mais grosseiros de 5-200 microns de dimensão, estando os cristais mais grosseiros microssegregados nas últimas regiões da peça a ser solidificada de forma a que o espaçamento entre partículas de qualquer um dos cristais de sal seja acentuadamente inferior ao diâmetro das gotículas de alumínio-silício a partir das quais o tal compósito formado por pulverização foi formado e em qualquer caso menos de 20 microns, sendo tal compósito caracterizado por um teor de oxigénio não superior a 100 ppm mais do que o teor de oxigénio combinado da liga de aluminio-silicio derretida e do sal inorgânico a partir do qual o compósito foi originalmente formado de forma a que substancialmente todo o sal inorgânico está disponível para formar um fluxo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

Formas de concretização do invento serão gora descritas através de exemplos e com referência aos desenhos em anexo, em que: FIG. 1 apresenta uma sequência dos passos de produção; FIG. 2 apresenta três registos de DSC: as Figuras 2a e 2b são o material formado por pulverização das amostras 3 e 4 respetivamente a partir da Tabela 1. A Figura 2c é uma liga de alumínio-silício AA4045 normal; FIG. 3 mostra uma Micrografia Electrónica de Varrimento como imagem maior e seis imagens mais pequenas que são mapas EDS. O material é a amostra 4 da Tabela 1. As FIGs 4 e 5 são vistas equivalentes com ampliação respetivamente maior. FIG. 6 mostra uma captação de TEM de um material compósito formado por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 na Tabela 2; FIG. 7 mostra outra captação de TEM de outra parte de uma amostra de material compósito formado por pulverização micronizada que é a amostra 11 da Tabela 2, com uma ampliação aumentada tal como pode ser visto pela escala na microfotografia; FIG. 8 é um registo de DSC do sal puro de fluoroaluminato de potássio usado nas formas de concretização em forma desidratada; FIG. 9 é uma captação TEM a partir de uma amostra ultramicronizada de uma fundição com arrefecimento direto de uma liga de referência de aluminio-silicio AA4045; FIG. 10 é uma captação TEM de uma amostra de compósito formado por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 da Tabela 2; FIG. 11 é uma captação TEM de um material de amostra de compósito formado por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 da Tabela 2; FIG. 12 é o espetro de XRD de um sal hidratado e desidratado, em que o sal desidratado foi usado nos materiais de acordo com o presente invento; e

FIG. 13 é o espetro de XRD de duas amostras de acordo com formas de concretização do presente invento e uma liga de referência de aluminio-silicio AA4045 normal. O material com elevado teor de sal corresponde à amostra 12 na Tabela 2 e o material com baixo teor de sal corresponde à amostra 7 na Tabela 2.

Na primeira operação mostrada na FIG. 1, o dispositivo 10 de formação por pulverização é usado como mostrado em A. O dispositivo 10 consiste de uma câmara 12 de pulverização vedável com um recipiente 14 e uma tremonha 16 montados no topo da câmara 12. Uma coluna 18 vertical estende-se desde a base da câmara 12 de pulverização e monta-se uma placa 20 coletora na sua superfície superior. A coluna 18 pode rodar à volta do seu eixo vertical e pode ser também movivel axialmente para controlar o peso da placa 20 coletora.

Em uso, o recipiente 14 é cheio com um metal ou liga metálica fundida que é mantida acima da sua temperatura de liquido no recipiente 14. A tremonha 16 é cheia com partículas de um sal inorgânico ou uma mistura de sais inorgânicos para formar um fluxo durante a brasagem. O recipiente 14 dá origem a uma corrente de um metal ou liga metálica derretida na câmara 12 de pulverização que é convertido numa pulverização de goticulas atomizadas atomizando jatos de gás (não mostrado); a primeira câmara de pulverização é purgada com um gás inerte de modo a que a assimilação de oxigénio seja minimizada. As partículas na tremonha 16 são injetadas na câmara de pulverização de modo a combinar-se com o metal ou liga metaliza atomizada de forma que a pulverização combinada impacte e seja recolhida na placa 20 coletora. Deste modo, um tarugo 22 é formado tal como mostrado em B na FIG. 1 que pode, por exemplo, ter 50 0 mm de diâmetro e 2 m de comprimento. O pedido de patente W092/15721 da Sandvik Osprey descreve com mais detalhe como é que os tarugos podem ser formados por pulverização e a sua descrição é aqui incorporada como referência.

Uma máquina 24 de forjamento é mostrada em C na FIG. 1. O material depositado por pulverização é forjado para formar uma placa 2 6, tal como mostrado em D e E na FIG. 1, que pode ter 130 mm de espessura. A placa 26 é laminada para formar uma folha ou um revestimento 28 tal como mostrado em F na FIG. 1.

Uma placa 30 de alumínio relativamente espessa pode ser revestida nas duas maiores superfícies opostas com dois dos revestimentos 28 relativamente finos mostrados em G na FIG. 1. Este componente 32 laminado é então laminado a quente ou a frio e enrolado numa bobine 34 tal como mostrado em H na FIG. 1. A bonine H é então cortada para formar componentes 36 de aletas tal como mostrado em I na FIG. 1.

Cada componente 36 de aleta é então ondulado e montado em camadas com os tubos 38 do permutador de calor, tal como mostrado em J e em detalhe em K na FIG. 1, e é brasada numa atmosfera de azoto antes de ser montada noutras peças para formar o permutador 40 de calor, tal como mostrado em L na FIG. 1, que pode ser usado, por exemplo, como radiador de automóvel.

Exemplo 1

Num exemplo específico, o recipiente 14 continha uma liga derretida de alumínio silício 10% em peso. Na tremonha 16 as partículas sólidas eram partículas de fluoroaluminato de potássio com um diâmetro médio de 10 microns. Os parâmetros para a formação da pulverização são como se segue:

Caudal de fluxo de metal 6, 94 kg por minuto

Temperatura do metal 700°C

Caudal do fluxo de partículas 0,71 kh por minuto

Temperatura das partículas 20°C Gás de atomização Azoto

Temperatura do azoto gasoso Temperatura ambiente

Cauda do fluxo de gás 9,71 m3 por minuto

Distância para a placa 20 coletora 890 mm

Isto resulta em partículas de liga metálica com uma diâmetro de partícula médio de 50 microns. A placa 20 coletora na coluna 18 é feita rodar para assegurar ainda a deposição e a retração descendente para manter a distância de posição para a distância do material para a placa 20 coletora.

As partículas de fluoroaluminato de potássio fundem a uma temperatura de cerca de 560°C, que é inferior à do sólido da liga de alumínio-silício de cerca de 577°C. 0 material de sal inorgânico é aquecido pelo gás de atomização e por contacto com as gotículas de liga metálica de forma a que as partículas de sal inorgânico sejam pelo menos parcialmente fundidas antes do impacto na placa coletora. 0 fluoroaluminato de potássio é insolúvel na liga de alumínio e assim, permanece separado no processo de formação de pulverização.

Ao controlar os parâmetros descritos atrás, pode ser controlada a extração do calor. Pode ser produzida uma peça compósita que tem o material de sal inorgânico encerrado na matriz metálica de forma que a distância máxima entre as partículas de fluxo não seja superior à dimensão de partícula média das gotículas depositadas mas tipicamente muito menos do que isto e, de facto, tipicamente inferior a 10 microns. Apesar do material de sal inorgânico ser imiscível na liga metálica, a chegada constante de novas gotículas e a temperatura de controlo da solidificação significa que o material de sal inorgânico não é capaz de se separar numa escala macro com o resultado de o material de sal inorgânico estar encerrado no depósito que solidifica, formando a requerida distribuição ao longo do tarugo compósito resultante.

Deve-se notar que, como o material de fluxo inorgânico usado é imiscivel na liga de alumínio, então, se as condições não estão corretamente mantidas, por exemplo, se as condições de deposição são muito quentes como resultado de calor insuficiente ser extraído pelo gás de atomização, o material de sal inorgânico pode ser macrosse-gregado resultando num produto que será mais difícil de vir a formar um tarugo coerente e de ser mecanicamente trabalhado e produzirá resultados de brasagem menos satisfatórios e uniformes. É também possível extrair o calor excessivo das gotículas de liga durante o voo o que pode resultar numa microestrutura de partículas com linhas de fluxo delineando as fronteiras das gotículas depositadas. Uma tal estrutura pode ser também difícil de trabalhar mecanicamente e pode conter uma porosidade interligada conduzindo a oxidação interna indesejada durante o processo.

As condições descritas atrás resultam numa peça de compósito que tem 1,2% em peso de potássio na liga de alumínio-silício que é equivalente a aproximadamente 4% em peso do sal inorgânico. 0 teor de oxigénio global da peça é de 232 ppm em peso. Como é provável que o sal inorgânico tenha um teor de oxigénio inerente acima deste nível o teor de oxigénio da matriz de liga é provável que seja inferior a 232 ppm em peso.

Este material forma uma boa junta de brasagem, tem uma boa ductibilidade e pode ser trabalhado para formar uma folha a partir da qual podem ser formados componentes.

Exemplo 2

Foi produzida uma peça compósita de maneira semelhante à do exemplo 1 exceto que o caudal de fluxo de partículas foi controlado de forma a que o tarugo assim formado possuisse um teor de sal variável ao longo do seu comprimento de 0,1 até 6% em peso. O caudal de fluxo de gás foi também controlado para manter condições de deposição constantes durante a introdução de quantidades variáveis de partículas de fluxo.

Cinco parcelas do tarugo foram tomadas. As parcelas continham aproximadamente 0,1, 0,9, 2, 4,3 e 6% em peso de sal inorgânico, respetivamente. As amostras foram laminadas de 10 mm até uma espessura de aproximadamente 0,4 mm. Os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo. A partir dos resultados é visto que a operação de laminação teve sucesso com a exceção da amostra contendo 6% de sal inorgânico, que começou a abrir rachas ao longo dos vértices após trabalho excessivo.

Um disco pequeno, com 5 mm de diâmetro, foi punçado a partir de cada porção laminada (0,4 mm) e colocado numa chapa medindo 17 x 28 mm de uma liga de alumínio AA3003 representando uma camada de núcleo. As amostras foram sujeitas a um ciclo de brasagem padrão sob atmosfera de azoto num forno. A amostra 1 (sal a 0,1%) não reagiu, demorou a fundir com a mesma camada de óxido evidente e sem ação de fluxo visível. A amostra 2 (sal a 0,9%) formou uma bola à temperatura de brasagem com alguma atividade de fluxo na superfície do metal de enchimento, mas nenhuma ação de fluxo visível na chapa AA3003. Após um curto período, a bola colapsou para molhar a superfície. As amostras 3, 4 e 5 (2, 4,3 e 6% respetivamente) fundiram rapidamente com uma boa ação do fluxo e uma boa molhagem com material de enchimento da chapa. A razão da atividade de fusão é obtida a partir das áreas de espalhamento relativas do fluxo em relação ao espalhamento do metal de enchimento.

Tabela 1: Sumário das propriedades de laminação e de brasagem de material contendo sal inorgânico variável.

Para avaliar as propriedades de brasagem em função do teor de sal inorgânico relativo, foram vazadas amostras com intervalos de 20 mm ao longo do comprimento do tarugo variável e aproximadamente 0,12 g do material colocado numa chapa AA3003 para o teste de brasagem. Amostras contendo 0,06 a 0,14% de sal não tinham atividade de brasagem aparente.

A atividade de brasagem aumentou com o teor de sal com uma transição na capacidade de brasagem observada entre 0,14 e 1,2% de sal inorgânico. Boas propriedades de brasagem foram apresentadas pelo material contendo 1,2% de sal inorgânico e superior com uma boa atividade de fluxo com uma fusão ativa que molha e se espalha sobre a superfície da chapa AA3003. O material contendo o nível mais elevado de sal (5,73%) apresentou a maior atividade de fluxo, mais do que o requerido na prática para permitir um bom fluxo do metal de enchimento.

Tabela 2: Atividade de brasagem em função do teor

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Foi avaliada a formação de juntas brasadas entre amostras do material laminado ligado a AA3003 e laminado até uma espessura final de 0,4 mm e brasado em chapas AA3003 não revestidas. As amostras foram retiradas de um tarugo com teor de fluxo variável descrito atrás. Amostras contendo 2,5 e 5,7% em peso de sal inorgânico produziram excelentes juntas T-brasadas com material não revestido. Foi observada uma boa atividade de fluxo com um fluxo capilar rápido do metal de enchimento na junta. As juntas brasadas estavam bem definidas com um menisco liso entre as superficies de nivelamento. Juntas similarmente bem brasadas formaram-se entre o material de aleta não revestido e o material de amostra revestido contendo 2,5% de sal inorgânico. As juntas brasadas eram semelhantes às produzidas entre a amostra de referência do material de revestimento e de aleta que tinham sido fluxadas de maneira convencional. Na ausência da aplicação de fluxo a amostra de referência não sofreu brasagem.

Em experiências de brasagem em recipiente fechado foram produzidas boas juntas brasadas internamente entre as superficies revestidas do material de amostra formado contendo 2,5% em peso de sal inorgânico. As amostras que tinham apresentado uma atividade de brasagem marginal numa chapa AA3003 formaram juntas brasadas internamente aceitáveis quando as superficies revestidas foram autobrasadas, mas fracas juntas brasadas externamente. A Figura 2 apresenta três registos de DSC. As Figuras 2a e 2b são o material formado por pulverização das amostras 3 e 4 respetivamente da Tabela 1. A Figura 2c é uma liga de aluminio-silicio AA4045 normal. As amostras de compósito formadas por pulverização apresentam um (a) e dois (b) picos de fusão endotérmicos a temperaturas inferiores às do inicio da fusão da matriz da liga de aluminio-silicio. Os picos de fusão adicionais correspondem à fusão do sal inorgânico. A Figura 3 mostra uma Micrografia Eletrónica de Varrimento como imagem maior e seis imagens mais pequenas que são mapas EDS. 0 material é a amostra 4 da Tabela 1. Nos mapas EDS, a claridade do contraste no mapa é indicativo da concentração. A escala é dada no pé de página da micrografia principal.

As Figuras 4 e 5 são vistas equivalentes com amplificações maiores, respetivamente.

As Figuras 3, 4 e 5 mostram a distribuição e a escala do sal na matriz da liga e mostram também a presença e a distribuição das partículas de silício. A Figura 6 mostra uma captação de TEM obtida a partir de um material compósito formado por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 na Tabela 2. Adjacentes à grande remoção de uma partícula de Si, vestígios de fluxo podem ser vistos, tal como indicado no espetro de EDS anterior para a área com seta. 0 Cu é originado a partir da grelha de Cu usada para montar a amostra no TEM. A Figura 7 mostra outra captação de TEM a partir de outra peça de uma amostra de material compósito formado por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 na Tabela 2, com uma ampliação aumentada tal como pode ser visto pela escala na microfotografia. Adjacentes à grande remoção de uma partícula de Si, vestígios de fluxo podem ser vistos, tal como indicado no espetro de EDS. Tal como antes, o Cu é originado a partir da grelha de Cu usada para montar a amostra no TEM. Os vestígios de partículas ou lascas são o resultado esperado da rotura da capa de sal inorgânico que se forma numa gotícula de liga atomizada na pulverização a seguir ao contacto entre uma gotícula de liga quente e uma partícula sólida do material inorgânico que é imiscível na liga. A Fig. 8 é um registo de DSC do sal puro de fluoroaluminato de potássio usado nas formas de concretização em forma desidratada. Vê-se que existe um rápido ganho de massa em fusão o que indica oxidação do fluxo. Uma vez que no caso do compósito formado por pulverização, o sal está completamente encerrado numa matriz de alumínio a partir do momento da deposição até se refundir durante a operação de brasagem, o sal está protegido da oxidação e hidratação. A ação do fluxo é, deste modo, mantida até ao tempo em que o sal funde, desfaz o óxido e espalha-se sobre a superfície. A Fig. 9 é uma captação de TEM a partir de uma amostra ultramicronizada de uma liga de referência de alumínio-silício AA4045 arrefecida diretamente. Nota-se as grandes remoções das partículas de Si claras. As partículas de silício são superiores a 500 nm de diâmetro. A Fig. 10 é uma captação de TEM de uma amostra de compósito formada por pulverização ultramicronizada que é a amostra 11 na Tabela 2. São vistas numerosas mas pequenas remoções de partículas de Si. A Fig. 11 é uma captação de TEM de um material de amostra de compósito formada por pulverização ultrami- cronizada que é a amostra 11 na Tabela 2. A imagem apresenta uma partícula rica em K-Al-F (indicada pela seta) numa fronteira de grão tripla. A partícula tem cerca de 100 nm e assim é muito mais pequena do que as partículas de silício vistas na liga de brasagem de refência da Fig. 9. A Figura 12 é o espectro de XRD de um sal hidratado e desidratado, em que o sal desidratado foi usado nos materiais de acordo com o presente invento. As setas a cinzento indicam as posições do pico de KAIF4, as setas a negro indicam as posições do pico de K2AIF5 (H2O) enquanto que as posições do pico marcadas com X não poderam ser identificadas. A Figura 13 é o espectro de XRD de duas amostras de acordo com formas de concretização presentes no invento numa liga de alumínio-silício de referência AA4045 normal. O material com alto teor de sal corresponde à amostra 12 na Tabela 2 e o material com baixo teor de sal corresponde à amostra 7 na Tabela 2. Ο X assinalado com a seta indica as posições dos picos que não puderam ser identificados, tendo os picos remanescentes origem no alumínio metálico e no silício. O material de fluoroaluminato de potássio injetado desidrata durante a injeção, voo e passos de deposição. Além disso, ao contrário do esperado, o material de fluoroaluminato de potássio contido no compósito formado por pulverização é significativamente cristalograficamente diferente do material de fluoroaluminato de potássio antes da injeção ou tal material após desidratação, tal como mostrado nas figuras 12 e 13. As investigações mostraram que a composição da fase do sal no compósito difere acentuadamente da da matéria-prima injetada, e pode nas peças aparecer como uma fase amorfa devido à sua fusão e subsequente rápida solidificação. As figuras indicam que o ponto de fusão do sal transformado no compósito é inferior ao do sal injetado. As experiências realizadas com o sal no compósito utilizando Calorimetria de Exploração Diferencial indicam um princípio da fusão a cerca de 550°C, por vezes seguida de um segundo início de fusão a 563°C, ver figura 2. Isto está em claro contraste com a fusão do sal injetado apenas, que apresenta uma única endotermia de fusão, ver Fig. 8. Isto está também em claro contraste com a mesma liga de alumínio-silício sem qualquer sal, em que apenas é vista a endotermia eutética normal e esperada a 577°C, ver Fig. 2c. Este sal inorgânico transformado resulta numa atividade de fluxo melhorada durante as operações de brasagem.

Sais inorgânicos alternativos para formarem fluxos incluem tetra, penta e hexafluoroaluminatos de potássio (KAIF4, K2AIF5.H2O, K3AIF6) e os sais atrás mencionados que podem também conter espécies hidroxifluoro e oxifluoroalumínio (AIF2OH.H2O, AI2F4O, AlF(0H)2, AlFO) ; fluoroaluminatos de sódio (NasAlFô), fluoretos de césio-alumínio (CSAIF4, CS2AIF5) ; silicofluoretos de potássio (K2S1F6, K3S1F7) , fluoretos de zinco alcalinos (KZnF3) e sais de fluoreto de potássio-estanho (KSnF3, KSnFs, K2SnF6 e KsSnF?) e os hidratos de todos os sais de halogeneto atrás mencionados.

Embora o material de sal inorgânico tenha sido descrito como sendo fornecido em partículas sólidas a partir da tremonha 16, numa forma de concretização alternativa o material de sal inorgânico pode ser fornecido em forma líquida, tal como a liga metálica e atomizado do mesmo modo.

Um tarugo 22 cilíndrico foi mostrado, mas o processo de formação por pulverização pode ser usado para produzir tarugos com numerosas formas, tal como em placa ou tubo ou como produtos de chapeamento.

Quando puder ser aplicado um aquecimento local pode ser produzido um componente inteiro de acordo com o invento e ligadas no local por brasagem.

Quando é requerido um componente de chapeamento, um lingote do material de núcleo pode ser colocado na superfície 20 do coletor de modo a que a deposição por pulverização tal como descrita possa ocorrer diretamente no lingote. O componente resultante pode ser usado diretamente ou forjado e/ou laminado tal como descrito. O material formado por pulverização pode ser usado como depositado sem mais trabalho, ou pode ser trabalhado como requerido. Embora a laminação e o forjamento tenham sido descritos, outras formas de trabalho mecânico a quente ou a frio, tal como extrusão, por exemplo, podem ser realizadas com peças feitas de acordo com o invento, dependendo dos requisitos.

Embora a brasagem numa atmosfera de azoto tenha sido descrita, a brasagem pode ocorrer numa atmosfera reduzida ou em vácuo. Tendo em vista o baixo teor de oxigénio inerente numa peça feita de acordo com o invento, o vácuo não necessita de ser um elevado vácuo, um vácuo moderado ainda dará origem a um bom resultado de brasagem.

Lisboa, 25 de Maio de 2018

Claims (31)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Peça de brasagem por autofluxo, compreendendo a peça um material compósito formado por pulverização compreendendo pelo menos um sal inorgânico distribuído na forma de partículas solidificadas numa matriz de liga de alumínio, sendo o sal inorgânico substancialmente insolúvel e substancialmente imiscível no material de liga de alumínio no seu estado derretido, formando o sal inorgânico ou sais inorgânicos um fluxo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida, em que a peça é um tarugo formado por pulverização.
2. 2. Peça tal como reivindicada na reivindicação 1, em que a peça foi trabalhada, por exemplo, por forjamento ou laminação ou extrusão.
3. 3. Peça tal como reivindicada na reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que o teor de oxigénio da matriz é de não mais de 350 ppm em peso, preferencialmente não mais de 250 ppm em peso, mais preferencialmente não mais de 100 ppm em peso e muito preferencialmente não mais de 50 ppm em peso.
4. 4. Peça tal como reivindicada na reivindicação 1, 2 ou 3, em que a liga de brasagem tem alumínio e silício como constituintes principais, sendo o teor de silício preferencialmente de 5 a 15% em peso, mais preferencialmente de 6 a 13% em peso, mais preferencialmente de 9 a 13% em peso e o teor de silício pode estar entre 10 a 12% em peso, em que a peça pode conter partículas de silício e as partículas de silício podem ter um diâmetro médio de menos do que 10 microns, preferencialmente de menos do que 5 microns, mais preferencialmente menos do que 3 microns.
5. 5. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que um fluxo de fluoreto de potássio-alumínio é proporcionado como sal inorgânico ou dois ou mais sais inorgânicos são proporcionados durante a brasagem, formam um fluxo de fluoreto de potássio-alumínio ou um fluxo de fluoroaluminato de potássio é proporcionado como sal inorgânico ou dois ou mais sais inorgânicos são proporcionados em que durante a brasagem formam um fluxo de fluoroaluminato de potássio.
6. 6. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o material compósito tem um teor de sal inorgânico de 0,2-10% em peso e pode ter um teor de sal inorgânico de, pelo menos, 0,9% em peso e opcionalmente tem um teor de sal inorgânico de pelo menos 1,2% em peso e pode ter um teor de sal inorgânico de não mais do que 5% em peso e opcionalmente tem um teor de sal inorgânico de não mais do que 4% em peso e pode ter um teor de sal inorgânico de cerca de 2-3% em peso.
7. 7. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o ou cada sal inorgânico tem um ponto de fusão inferior ao da liga da alumínio.
8. 8. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito inferior a menos do que 1 micron de dimensão.
9. 9. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito com uma dimensão entre 5 e 200 microns.
10. 10. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito e o espaçamento entre as partículas de sais adjacentes é inferior a 10 microns e pode ser inferior a 5 microns.
11. 11. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o teor de oxigénio da peça é de não mais do que 1000 ppm, preferencialmente não mais do que 500 ppm, mais preferencialmente não mais do que 300 ppm, muito preferencialmente não mais do que 250 ppm.
12. 12. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que a peça tem uma microestrutura não em partículas.
13. 13. Peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente, em que o sal ou sais inorgânicos são distribuídos na forma de partículas macrossegregadas na matriz da liga de alumínio de forma a que o espaçamento entre as partículas dos cristais de sal é inferior a 20 microns .
14. 14. Componente compreendendo pelo menos uma peça tal como reivindicada em qualquer reivindicação precedente ligada a um artigo metálico, tal como um lingote, tarugo ou placa, em que o ou cada peça pode ser ligada por passagem entre rolos do artigo metálico e em que tais peças podem ser ligadas ao artigo metálico em lados opostos deste, e em que o componente pode ser trabalhado por exemplo por passagem em rolo a quente, a frio, extrusão e forjamento e em que o componente pode ser um componente a ser ligado por brasagem num permutador de calor, tal como um radiador de automóvel, condensador, evaporador, refrigerador de óleo, refrigerador do ar de admissão ou refrigerador de óleo, ou um permutador de calor estacionário e o componente pode ser uma aleta, placa ou tubo a ser brasado no local num permutador de calor ou um permutador de calor estacionário.
15. 15. Método para produzir uma peça tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 13 ou um componente tal como reivindicado na reivindicação 14, compreendendo o método os passos de fusão de uma liga de alumínio e, numa atmosfera inerte, resultando numa corrente da liga de brasagem de alumínio derretida, atomização da corrente da liga de brasagem de alumínio derretida numa pulverização de gotículas usando um gás inerte, introdução do ou cada sal inorgânico na corrente ou pulverização e consolidação da liga de brasagem de alumínio e do ou cada sal por formação por pulverização para formar uma peça compósita em que o sal inorgânico é distribuído em partículas numa matriz de liga de brasagem de alumínio.
16. 16. Método para produzir uma peça de brasagem de autofluxo, compreendendo o método os passos de, fusão de uma liga de alumínio e, numa atmosfera inerte, resultando numa corrente da liga de brasagem de alumínio derretida, atomização da corrente da liga de brasagem de alumínio derretida numa pulverização de gotículas usando um gás inerte, introdução na corrente ou pulverização de pelo menos um sal inorgânico, sendo o ou cada sal inorgânico substancialmente imiscível e substancialmente insolúvel quando na sua forma derretida com a liga de brasagem de alumínio, sendo o sal inorgânico ou sais inorgânicos dispostos para formar um fluxo durante a brasagem e consolidação da liga de brasagem de alumínio e do ou cada sal através de formação por pulverização para formar uma peça compósita em que o sal inorgânico está distribuído em partículas numa matriz de liga de brasagem de alumínio.
17. 17. Método tal como reivindicado na reivindicação 15 ou reivindicação 16, em que o ou cada sal inorgânico é fundido e atomizado para ser formado por pulverização ou em que o sal inorgânico é introduzido como partículas sólidas que podem ter um diâmetro médio de 10 microns ou menos.
18. 18. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15, 16 e 17, em que o material de liga de alumínio é atomizado em gotículas com um diâmetro médio na gama de 50 a 150 microns.
19. 19. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 18, em que o ou cada sal inorgânico tem um ponto de fusão inferior ao do material da liga de alumínio.
20. 20. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 19, em que o sal inorgânico é pelo menos parcialmente fundido quando introduzido ou quando está a ser pulverizado e pode estar substancialmente completamente derretido quando depositado por pulverização numa superfície do coletor com o material de liga de alumínio.
21. 21. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 20, em que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito e o espaçamento entre as partículas adjacentes é inferior ao diâmetro das gotículas de alumínio-silício a partir das quais a peça de compósito formada por pulverização foi formada, sendo preferencialmente o espaçamento entre as partículas adjacentes inferior a 10 microns, mais preferencialmente menos do que 5 microns.
22. 22. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 21, em que a extração do calor das goticulas dos materiais é controlada durante a pulverização para evitar a separação do sal inorgânico da liga de alumínio.
23. 23. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 22, em que o teor de oxigénio da peça é de não mais do que 500 ppm superior ao teor de oxigénio combinado da liga de alumínio derretida e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e pulverização, preferencialmente não mais do que 250 ppm superior ao do teor de oxigénio combinado da liga de alumínio derretida e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e pulverização e mais preferencialmente não mais do que 100 ppm superior ao do teor de oxigénio combinado da liga de alumínio derretida e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e pulverização.
24. 24. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 23, em que a pulverização impacta numa superfície de coletor e acumula-se num tarugo e o método incluir o passo de remoção do tarugo da superfície do coletor.
25. 25. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 24, em que a peça é trabalhada, por exemplo por forjamento ou laminação ou extrusão.
26. 26. Método tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 15 a 25, em que o material compósito é ligado a um artigo metálico tal como um lingote, tarugo ou placa e em que duas peças de material compósito podem ser ligadas ao artigo metálico em lados opostos deste e o material compósito pode ser ligado através de ligação por passagem em rolos a quente ou a frio ao artigo metálico ou o material compósito pode ser ligado ao artigo metálico durante a consolidação da liga de alumínio e do sal por formação por pulverização, em que os materiais são formados por pulverização num artigo metálico a ser ligado e preferencialmente o material compósito e o artigo metálico são trabalhados por exemplo através de um ou mais de laminação a quente, laminação a frio, extrusão e forj amento.
27. 27. Método de produção de uma junta brasada, compreendendo o método uma peça tal como reivindicada em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, ou colocação da peça de material compósito de um componente tal como reivindicado na reivindicação 14 ou concretização do método de qualquer uma das reivindicações 15 a 26 e colocação do material compósito em contacto direto com outra peça de metal ou liga metálica e aquecimento da junta na ausência de fluxo adicionado.
28. 28. Método tal como reivindicado na reivindicação 27, em que a peça de compósito é trabalhada após ter sido produzida e antes de ser colocada em contacto com a outra peça de metal ou liga metálica, por exemplo através de um ou mais de laminação a quente, laminação a frio, extrusão e forjamento.
29. 29. Junta brasada entre dois componentes ou peças, tendo a junta brasada sido formada colocando uma peça de brasagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, ou colocando a peça do material compósito de um componente de acordo com a reivindicação 14 em contacto direto com outra peça de metal ou liga metálica e aquecendo a junta na ausência de fluxo adicionado.
30. 30. Junta brasada entre dois componentes ou peças, tendo a junta brasada sido formada realizando o método de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 28, colocando o material compósito em contacto direto com uma peça de metal ou liga metálica e aquecendo a junta na ausência de fluxo adicionado.
31. 31. Artigo compreendendo uma junta brasada de acordo com a reivindicação 29 ou reivindicação 30, sendo o artigo opcionalmente um permutador de calor. Lisboa, 25 de Maio de 2018