PT2741864T

PT2741864T - Processo para formar produtos a partir de ligas e metais atomizados

Info

Publication number: PT2741864T
Application number: PT127411791T
Authority: PT
Inventors: L Kennedy Richard; M Forbes-Jones Robin
Original assignee: Ati Properties Llc
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2017-07-13
Also published as: EP2741864A2; JP2014529010A; DK2741864T3; IL247618B; HUE033557T2; MX2014001502A; EP2741864B1; BR112014002925A2; WO2013022552A3; BR112014002925A8; MX351050B; ES2632210T3; RU2014108889A; JP6181054B2; US20130040067A1; IL230483A0; CA2841919A1; WO2013022552A2; US8747956B2; AU2012294859A1

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO PARA FORMAR PRODUTOS A PARTIR DE LIGAS Ξ METAIS

ATOMIZADOS

CAMPO DA TÉCNICA

Esta divulgação refere-se à fusão, atomização, e processamento de metais e ligas, e formar produtos de metal e liga com utilização de ligas e metais atomizados. ANTECEDENTES

Metais e ligas, como, por exemplo, ferro, níquel, titânio, cobalto e ligas à base desses metais, são frequentemente utilizados em aplicações de projeção crítica nas quais as microestruturas de grãos finos, homogeneidade, e./ou composições substancialmente livres de defeitos são vantajosas ou necessárias. Os problemas como crescimento de grãos indesejável e segregação em fundições de metal e liga e lingotes podem ser prejudiciais para aplicações de utilização final e podem aumentar significativamente os custos associados à produção de liga de qualidade alta. Os conjuntos de procedimentos de produção de liga convencionais, como fusão por indução a vácuo, refinação por eletroescória, e refusão a arco sob vácuo, podem ser utilizados para reduzir a quantidade de impurezas e contaminantes em fundições de liga. Mo entanto, em vários casos, processos de produção de liga fundida e forjada convencionais não podem ser utilizados para produzir ligas que têm as microestruturas de grãos finos, homogeneidade, e./ou composições substancialmente livres de defeitos desejados ou exigidos para várias aplicações de projeção crítica.

Os processos metalúrgicos de pó podem permitir a produção de metais e ligas que têm microestruturas de grãos finos que não podem ser alcançadas com processos de produção de liga fundida e forjada. No entanto, os processos metalúrgicos de pó são mais complexos que os processos de produção de liga fundida e forjada e podem produzir metais e ligas que têm níveis altos relativos de vãos e porosidade. Os processos metalúrgicos de pó também têm o potencial para introduzir impurezas e contaminant.es em produtos de metal e liga durante a produção, manipulação, e processamento das matérias-primas de pó utilizadas para formar os produtos. A patente n° U.S. 7.578.960 revela um aparelho para formar uma pré-forma ou pó de liga que inclui uma montagem de fusão, uma montagem de atomização, e uma montagem de geração de campo, e um coletor.

SUMÁRIO A invenção fornece um processo de acordo com a reivindicação 1 das reivindicações anexas. É entendido que a invenção revelada e descrita nesta memória descritiva não é limitada a formas de realização resumidas nesse sumário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Vários recursos e características das formas de realização não limitantes e não exaustivas revelados e descritos nesta memória descritiva podem ser mais bem entendidos com referência às Figuras anexas, nas quais: A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de processamento de liga; A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma montagem de atomização, em que um campo de eletrões geralmente em formato retangular é produzido na traj etória de liga fundida que passa através da montagem de atomização; A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma montagem de atomização, em que um aparelho de varredura produz um campo de eletrões na trajetória de liga fundida que passa através da montagem de atomização; A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma montagem de atomização, em que eletrões utilizados para produzir um campo de eletrões na trajetória de liga fundida que passa através da montagem de atomização são produzidos a partir da superfície externa de um filamento; A Figura 5 é um diagrama esquemático da atomização de uma gotícula de liga fundida numa montagem de atomização por feixe de eletrões;

As Figuras 6, 7, 7A, 8, 8A, 9, e 9A são diagramas esquemáticos de sistemas e aparelho configurados para formar uma pré-forma de liga por um processo de formação por aspersão sólida;

As Figuras 10 a 13 são diagramas esquemáticos de montagens de fusão que produzem liga fundida;

As Figuras 14 a 17 e 17A são diagramas esquemáticos de sistemas e aparelho configurados para formar uma pré-forma de liga por um processo de formação por aspersão sólida; A Figura 18 é um fluxograma de um processo de formação por aspersão sólida;

As Figuras 19A a 19F são diagramas esquemáticos que mostram coletivamente um sistema de formação por aspersão sólida que implanta um processo de formação por aspersão sólida; A Figura 20 é um diagrama esquemático de vários componentes de um emissor de plasma de ião de descarga por f io; A Figura 21 é um diagrama esquemático de uma montagem de fusão eletrónica a frio na soleira que inclui múltiplos emissores de plasma de ião de descarga por fio; A Figura 22 é um diagrama esquemático de vários componentes de um emissor de plasma de ião de descarga por £ x O [ A Figura 23 é um diagrama esquemático de um aparelho de fusão por feixe de eletrões que inclui um emissor de plasma de ião de descarga por fio; A Figura 24 é uma vista em perspetiva de um emissor de plasma de ião de descarga por fio; A Figura 25 é um diagrama esquemático que ilustra a operação do emissor de plasma de ião de descarga por fio mostrado na Figura 24; e A Figura 26 é um diagrama esquemático de uma montagem de fusão eletrónica a frio na soleira que inclui múltiplos emissores de plasma de ião de descarga por fio. 0 leitor notará os detalhes supracitados, assim como outros, mediante a consideração da descrição detalhada a seguir de várias formas de realização não limitantes e não exaustivas de acordo com a presente divulgação.

DESCRIÇÃO Várias formas de realização são descritas e ilustradas nessa memória descritiva para fornecer um entendimento geral da estrutura, função, operação, fabrico, e utilização dos processos e produtos revelados. É entendido que as várias formas de realização descritas e ilustradas nessa memória descritiva são não limitantes e não exaustivas. Consequentemente, a invenção não é limitada pela descrição das várias formas de realização não limitantes e não exaustivas reveladas nesta memória descritiva. Em vez disso, a invenção é definida apenas pelas reivindicações. Os recursos e as características ilustrados e/ou descritos em conexão com várias formas de realização podem ser combinados com os recursos e as características de outras formas de realização. Tais modificações e variações são destinadas a ser incluídas dentro do âmbito da presente memória descritiva. Como tal, as reivindicações podem ser anexadas para declarar quaisquer recursos ou características expressa ou inerentemente descritos, ou expressa ou inerentemente sustentados de outro modo, nessa memória descritiva.

As várias formas de realização reveladas e descritas nessa memória descritiva podem compreender, ou consistir nos recursos e características, conforme descrito de modo variado no presente documento. A referência ao longo desta memória descritiva a "várias formas de realização não limitantes", ou semelhantes, significa que um recurso ou característica particular pode ser incluído numa forma de realização. Consequentemente, a utilização da expressão "em várias formas de realização não limitantes", ou semelhantes, nesta memória descritiva não se referem necessariamente a uma forma de realização comum, e podem se referir a formas de realização diferentes. Adicionalmente, os recursos ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada numa ou mais formas de realização. Consequentemente, os recursos ou características particulares ilustrados ou descritos em conexão com várias formas de realização podem ser combinados, por inteiro ou em parte, com os recursos ou características de uma ou mais outras formas de realização sem limitação. Tais modificações e variações são destinadas a serem incluídas dentro do âmbito da presente memória descritiva.

Em várias aplicações críticas, os componentes devem ser fabricados a partir de ligas, como, por exemplo, superligas à base de níquel, na forma de lingotes de diâmetro grande que não têm segregação significante. Tais lingotes devem ser substancialmente livres de segregação positiva e negativa. "Sardas" são uma manifestação comum de segregação positiva e são observáveis de modo metalográfico como regiões gravadas escuras enriquecidas em elementos solutos. As sardas resultam a partir do fluxo de líquido interdendrítico rico em soluto na zona esponjosa de um lingote fundido durante a solidificação. As sardas na Liga 718, por exemplo, são enriquecidas em nióbio em comparação à matriz de liga geral, têm uma densidade alta de carbetos, e contêm normalmente a fase de Laves. Como tal, as sardas são particularmente não vantajosas em ligas a serem utilizadas em aplicações críticas. "Manchas brancas" são um tipo comum de segregação negativa. As manchas brancas são observáveis de modo metalográfico como regiões gravadas com luz, as quais são esgotadas em elementos solutos endurecedores, como nióbio. As manchas brancas são tipicamente classificadas em manchas brancas dendríticas, discretas, e de solidificação. Embora possa haver alguma tolerância para manchas brancas dendríticas e de solidificação, as manchas brancas discretas são de grande preocupação devido ao fato de que são frequentemente associadas a um agrupamento de óxidos e nitretos que podem atuar como sítios de iniciação de rachadura em artigos de liga de fundição.

Os lingotes e as pré-formas que não têm substancialmente segregação positiva e negativa e também são livres de sardas podem ser chamados de lingotes e pré-formas de "qualidade superior". Os lingotes e pré-formas de superliga à base de níquel são exigidos em várias aplicações críticas que incluem, por exemplo, componentes giratórios em turbinas de geração de potência com base terrestre ou aeronáuticas e em outras aplicações nas quais defeitos metalúrgicos relacionados à segregação podem resultar em falha catastrófica do componente durante operação. Como utilizado no presente documento, um lingote ou pré-forma "não tem substancialmente" segregação positiva e negativa quando tais tipos de segregação são inteiramente ausentes ou estão presentes apenas até um ponto em que não torna o lingote ou a pré-forma inadequado para utilização em aplicações críticas, como utilização para fabricação em componentes giratórios para aplicações de turbina com base terrestre ou aeronáutica.

As superligas à base de níquel submetidas à segregação positiva e negativa significante durante a fundição incluem, por exemplo, Liga 718 (UNS N07718) e Liga 706 (UNS N09706) . A fim de minimizar a segregação durante a fundição dessas ligas para utilização em aplicações críticas, e para garantir melhor que a liga fundida esteja livre de inclusões não metálicas deletérias, o material metálico fundido é apropriadamente refinado antes de ser finalmente fundido. Um conjunto de procedimentos para refinar a Liga 718, assim como várias outras superligas à base de níquel propensas à segregação, como a Liga 706, é o conjunto de procedimentos de "fusão tripla", o qual combina, sequencialmente, fusão por indução a vácuo (VIM), refinação/refusão por eletroescõria (ESR), e refusão a arco sob vácuo (VAR). Os lingotes de qualidade superior desses materiais propensos à segregação, contudo, são difíceis de produzir em diâmetros grandes por fusão VAR, a última etapa na sequência de fusão tripla. Nalguns casos, lingotes de diâmetro grande são fabricados em componentes únicos, no caso em que as áreas de segregação inaceitável em lingotes fundidos por VAR não podem ser seletivamente removidas antes da fabricação de componente. Consequentemente, o lingote inteiro ou uma porção do lingote pode precisar ser raspada.

Os lingotes da Liga 718, Liga 706, e outras superligas à base de níquel, como a Liga 600 (UNS N06600) , Liga 625 (UNS N06625), Liga 720, e Waspaloy® (UNS N07001) são exigidos de modo crescente em pesos maiores e diâmetros maiores correspondentes para várias aplicações emergentes. Tais aplicações incluem, por exemplo, componentes giratórios para turbinas com base terrestre e aeronáuticas. Os lingotes maiores são necessários não apenas para alcançar o peso de componente final economicamente, mas também para facilitar o trabalho termomecânico suficiente em romper a estrutura de lingote e alcançar todas as exigências mecânicas e estruturais finais. A fusão e a fundição de lingotes de superliga de diâmetro grande acentuam vários problemas metalúrgicos básicos e relacionados ao processamento. Por exemplo, a extração de calor durante a solidificação de produto fundido torna-se mais difícil com o diâmetro de lingote crescente, o que resulta em tempos de solidificação mais longos e poços fundidos mais profundos. Isso aumenta a tendência à segregação positiva e negativa. Igualmente, os lingotes maiores e os elétrodos de ESR/VAR podem gerar tensões térmicas mais altas durante o aquecimento e o arrefecimento. A Liga 718 é particularmente propensa a esses problemas. Para permitir a produção de lingotes de VAR de diâmetro grande de qualidade metalúrgica aceitável a partir da Liga 718 e várias outras superligas à base de níquel propensas à segregação, a fusão especializada e as sequências de tratamento a quente foram desenvolvidas. Tal fusão especializada e sequência de tratamento a quente são descritas na Patente n° U.S. 6.416.564. Não obstante, os conjuntos de procedimentos metalúrgicos de pó podem ser utilizados para produzir produtos de liga de qualidade superior como lingotes de superliga à base de níquel de diâmetro grande. A formação por aspersão é um conjunto de procedimentos metalúrgico de pó para produzir lingotes de superliga de diâmetro grande. Durante a formação por aspersão, uma corrente de liga fundida é atomizada para formar uma aspersão de gotículas ou partículas finas de liga fundida. As partículas fundidas são, então, direcionadas a um coletor em que as mesmas são coalescidas e solidificadas numa pré-forma quase completamente densa coerente. Em várias aplicações, o movimento controlado do coletor e do atomizador, juntamente com o controlo do processo de transporte de metal fundido, permite que pré-formas grandes de qualidade alta sejam produzidas. 0 processo de formação por aspersão tem capacidade para produzir microestruturas homogéneas de grãos finos com grãos equiaxiais e mais de 98 por cento de densidade teórica por uma faixa ampla de ligas. No entanto, a formação por aspersão convencional emprega geralmente os conjuntos de procedimentos de atomização por choque de fluido, os quais apresentam várias desvantagens.

Em conjuntos de procedimentos de atomização por choque de fluido, um gãs ou um líquido choca com uma corrente de um material metálico fundido. 0 choque com utilização de líquido ou gases pode introduzir contaminantes no material atomizado. Visto que o choque por fluido não ocorre num ambiente a vácuo, até mesmo os conjuntos de procedimentos de choque com utilização de gases inertes pode introduzir níveis significantes de impurezas no material atomizado. Vários conjuntos de procedimentos de atomização por choque de não fluido que podem ser conduzidos num ambiente a vácuo foram desenvolvidos. Esses conjuntos de procedimentos incluem, por exemplo, os conjuntos de procedimentos de atomização descritos na Patente n° U.S. 6.772.961 (chamado nessa memória descritiva de "US-6.722.961"). US-6.722.961 descreve conjuntos de procedimentos em que as gotículas de liga fundida ou uma corrente de liga fundida produzida por um dispositivo de fusão acoplado a um dispositivo de dispensação controlada são rapidamente carregadas de modo eletrostático aplicando-se uma voltagem alta nas gotículas numa taxa de elevação alta. As forças eletrostáticas definidas nas gotículas carregadas fazem com que as gotículas se quebrem ou atomizem em partículas secundárias menores. Num conjunto de procedimentos descrito no documento US-6.722.961, as gotículas primárias fundidas produzidas pelo bocal de um dispositivo de dispensação são tratadas por um campo elétrico a partir de um elétrodo em formato de anel adjacente e a jusante do bocal. As forças eletrostáticas desenvolvidas dentro das gotículas primárias excedem as forças de tensão de superfície das partículas e resultam na formação de partículas secundárias menores. Os elétrodos produtores de campo em formato de anel adicionais podem ser fornecidos a jusante para tratar as partículas secundárias na mesma maneira, produzindo partículas fundidas ainda menores. A atomização por feixe de eletrões é outro conjunto de procedimentos de choque de não fluido para atomizar o material fundido que é conduzido num vácuo. Em geral, o conjunto de procedimentos envolve utilizar um feixe de eletrões para injetar uma carga numa região de uma corrente de liga fundida e/ou uma série de gotículas de liga fundida. Assim que a região ou gotícula acumular carga suficiente que excede o limite de Rayleigh, a região ou gotícula torna-se instável e é rompida em partículas finas (isto é, átomos) . Um conjunto de procedimentos de atomização por feixe de eletrões é descrito nas Patentes n° U.S. 6.772.961; n° U.S. 7.578.960; n° U.S. 7.803.212; e n° U.S. 7.803.211; US-6.722.961 também revela conjuntos de procedimentos com utilização de campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos para controlar a aceleração, velocidade, e/ou direção de partículas de liga fundida formadas por atomização no processo de produzir pré-formas ou pós formados por aspersão. Conforme descrito em US-6.722.961, tais conjuntos de procedimentos fornecem um controlo a jusante substancial de material fundido atomizado e pode reduzir a aspersão excessiva e outro desperdício de material, melhorar a qualidade, e aprimorar a densidade de pré-formas sólidas feitas por conjuntos de procedimentos de formação por aspersão.

Os métodos de recolher materiais fundidos atomizados como pré-formas unitárias incluem formação por aspersão e fundição nucleada. Em relação à fundição nucleada, a referência específica é representada nas Patentes n° U.S. 5.381.847; n° U.S. 6.264.717; e n° U.S. 6.496.529. Em geral, a fundição nucleada envolve atomizar uma corrente de liga fundida e, então, direcionar as partículas de liga fundida resultantes para um molde de fundição que tem um formato desejado. As gotículas coalescem e solidificam como um artigo unitário conformado pelo molde, e a fundição pode ser adicionalmente processada num componente desejado. Em geral, a formação por aspersão envolve direcionar o material fundido atomizado para uma superfície de, por exemplo, uma chapa ou um cilindro para coalescer, solidificar, e formar uma pré-forma independente que pode ser adicionalmente processada num componente desejado.

Conforme notado, muitos dos conjuntos de procedimentos para fusão, atomização, e processamento de metais e ligas para produzir pré-formas sólidas são deficientes num ou mais aspetos. Tais deficiências incluem, por exemplo, complexidade e custo de processo; a existência de estresses residuais altos, espaços, porosidade, óxidos, e outros contaminantes na pré-forma; perdas de rendimento devido à aspersão excessiva; limitações em metais e ligas aplicáveis; e limitações de tamanho inerentes. Essas deficiências são particularmente problemáticas na produção de várias ligas como superligas à base de níquel. As várias formas de realização não limitantes reveladas e descritas nessa memória descritiva são direcionadas, em parte, a processos, sistemas, e aparelho que superam pelo menos algumas dessas deficiências, entre outros, e fornecem conjuntos de procedimentos melhorados para a produção de produtos de metal e liga como, por exemplo, lingotes de diâmetro grande e outras pré-formas de qualidade superior.

As várias formas de realização não limitantes reveladas e descritas nessa memória descritiva são direcionadas, em parte, a processos, sistemas, e aparelho para fusão e atomização de metais e ligas metálicas (isto é, que contêm metal) para produzir materiais fundidos atomizados que podem ser pelo menos parcialmente solidificados em partículas de liga utilizadas para produzir pré-formas de liga unitária e monolítica e outros artigos. Como utilizado no presente documento, o termo "liga" refere-se tanto a metais quanto a ligas metálicas como, por exemplo, ferro, níquel, titânio, cobalto, e ligas à base desses metais.

As várias formas de realização não limitantes reveladas no presente documento podem empregar equipamento e conjuntos de procedimentos que utilizam eletrões para fundir ligas e/ou atomizar ligas fundidas para produzir partículas de liga fundida que são solidificadas e formadas por aspersão sólida para produzir pré-formas unitárias e monolíticas e outros artigos de liga. Em várias formas de realização não limitantes, os processos, sistemas, e aparelho revelados no presente documento podem ser úteis em produção de pré-forma de superliga à base de níquel e artigo, em que a metalurgia fundida e forjada, fusão tripla e conjuntos de procedimentos metalúrgicos de pó têm desvantagens presentes, conforme discutido acima.

Em várias formas de realização não limitantes, um processo de formação por aspersão sólida compreende produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida. As partículas eletricamente carregadas da liga fundida são produzidas ao chocar eletrões em pelo menos um de entre a corrente de liga fundida e a série de gotículas de liga fundida para atomizar a liga fundida. As partículas de liga fundida eletricamente carregadas são aceleradas com pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético. As partículas de liga fundida são arrefecidas até uma temperatura menor que uma temperatura de solidificação das partículas de liga fundida, de modo que as partículas de liga fundida solidifiquem durante a aceleração. As partículas de liga solidificadas são impactadas num substrato, em que as partículas de impacto deformam e se ligam de modo metalúrgico ao substrato e entre si para produzir uma pré-forma de liga sólida.

Com referência à Figura 1, várias formas de realização não limitantes de um sistema 100, configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida, conforme descrito nesta memória descritiva, incluem: uma montagem de fusão 110 (também chamada no presente documento de um "aparelho de fusão" ou "dispositivo de fusão") que produz pelo menos um de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida; uma montagem de atomização por feixe de eletrões 112 (também chamada no presente documento de um "aparelho de atomização" ou "dispositivo de atomização") que atomiza a liga fundida recebida a partir da montagem de fusão 110 e produz partículas de liga fundida relativamente pequenas; uma montagem de produção de campo 114 (também chamada no presente documento de um "aparelho de produção de campo" ou "dispositivo de produção de campo") que produz pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético que influencia pelo menos um de entre a aceleração, a velocidade, e a direção de uma ou mais de entre as partículas de liga produzidas pela montagem de atomização 112,- e um coletor 116 no qual as partículas de liga solidificadas se impactam, se deformam, e se ligam de modo metalúrgico para formar uma pré-forma.

Em várias formas de realização não limitantes, um processo de formação por aspersão sólida compreende: produzir uma corrente de liga fundida e/ou uma série de gotículas de liga fundida numa montagem de fusão, a qual pode ser substancialmente livre de cerâmica em regiões da montagem de fusão em contacto pela liga fundida; produzir partículas de liga fundida numa montagem de atomização ao chocar eletrões na liga fundida recebida a partir da montagem de fusão; produzir pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético, em que partículas de liga fundida a partir da montagem de atomização interagem com o campo, e o campo influencia pelo menos um de entre a aceleração, velocidade, e direção das partículas de liga fundida; arrefecer as partículas de liga fundida durante o transporte das partículas a partir da montagem de atomização para formar partículas de liga sólidas; e recolher as partículas de liga sólidas num coletor como uma pré-forma sólida.

Como utilizado no presente documento, o termo "montagem de fusão" e semelhantes referem-se a uma fonte de uma corrente e/ou uma série de gotículas de uma liga fundida, a qual pode ser produzida a partir de uma carga de materiais iniciais, resíduos, um lingote, um elétrodo consumivel, e/ou outra fonte da liga. A montagem de fusão está em comunicação fluida e alimenta a liga fundida a uma montagem de atomização. A montagem de fusão pode não ter substancialmente o material cerâmico em regiões da montagem que fazem contacto pelo material fundido. Como utilizado no presente documento, a expressão "não ter substancialmente a cerâmica" e semelhantes significa que a cerâmica está ausente em regiões da montagem de fusão em que o material fundido faz contacto durante a operação da montagem, ou está presente em regiões da montagem de fusão que não fazem contacto com a liga fundida durante a operação normal, mas numa maneira que não resulta na inclusão de quantidades ou tamanhos problemáticos de partículas cerâmicas ou inclusões na liga fundida.

Em várias formas de realização não limitantes, pode ser importante impedir ou limitar substancialmente o contacto entre o material de liga fundida e o material cerâmico na montagem de fusão e outros componentes dos sistemas e aparelho descritos no presente documento. Isso pode ser devido ao fato de que as partículas cerâmicas podem "eliminar" revestimentos cerâmicos e se misturar com liga fundida. As partículas cerâmicas têm geralmente uma temperatura de ponto de mais alta que o material de liga fundida e podem ser incorporadas em pré-formas subsequentemente formadas. Uma vez incorporadas num produto sólido, as partículas cerâmicas podem fraturar e iniciar rachaduras no produto durante fadiga de baixo ciclo, por exemplo. Uma vez iniciadas, as rachaduras podem crescer e resultar na falha de produto. Consequentemente, dependendo da aplicação pretendida para o material de pré-forma, por exemplo, pode haver pouca ou nenhuma permissão para a presença de partículas cerâmicas no material.

Em metalurgia fundida e forjada, as partículas cerâmicas a partir de uma etapa de fusão por indução a vácuo (VIM) podem ser removidas durante uma etapa de refusão a arco sob vácuo (VAR) subsequente ou, durante a utilização da prática de fusão tripla, durante refinação/refusão por eletroescória (ESR) mais as etapas de VAR. Como tal, em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de fusão pode compreender equipamento de VAR ou ESR. A pureza cerâmica de óxido alcançada com utilização de várias práticas pode ser avaliada com utilização de um teste semiquantitativo conhecido como um teste de "botão de EB", em que um elétrodo de amostra do material a ser avaliado é fundido por feixe de eletrões num cadinho e o resto flutuante resultante de óxido é medido pelo maior óxido presente.

Em metalurgia de pó, o pó de liga é consolidado em produto após a solidificação final e não há meio de refinação adicional do produto para remover óxidos. Em vez disso, o pó é peneirado e a maior fração de pó que é feita no produto é a equivalente ao menor defeito que os planejadores utilizam em seus critérios de projeto. No projeto das partes de motor de aeronave mais críticos a partir de pós metálicos consolidados, por exemplo, o menor defeito modelado é de aproximadamente 44 mícrones e, desse modo, os pós que têm um tamanho de peneira não maior que isso são utilizados. Para partes de motor de aeronave menos críticas, o menor defeito modelado pode ser tão grande quanto aproximadamente 149 mícrones e, desse modo, os pós que têm um tamanho de peneira não maior que isso são U t X X X Z cLClO S .

Exemplos de conjuntos de procedimentos de fusão que não introduzem inclusões cerâmicas e que podem ser incluídos num aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida, conforme descrito nesta memória descritiva, incluem, mas sem limitação: dispositivos de fusão que compreendem dispositivos de refusão por elétrodo duplo a vácuo; dispositivos de fusão que compreendem uma combinação de um guia de indução a frio e um dispositivo de refinação/refusão por eletroescória ou um dispositivo de refusão a arco sob vácuo; dispositivos de fusão a arco de plasma; dispositivos de fusão por feixe de eletrões; e dispositivos de fusão eletrónica a frio na soleira.

Como utilizado no presente documento, o termo "montagem de atomização" e semelhantes refere-se a um aparelho que choca pelo menos uma corrente de eletrões (isto é, um feixe de eletrões) ou um campo de eletrões na liga fundida recebida a partir da montagem de fusão. Como utilizado no presente documento, "chocar" significa fazer contacto. Dessa maneira, os eletrões conferem uma carga negativa líquida à região em choque da corrente e/ou às gotículas de liga fundida individuais chocadas. Conforme discutido em US-6.772.961, que não pertence à presente invenção, e abaixo, uma vez que a carga numa gotícula ou uma região particular de uma corrente alcance uma magnitude suficiente, a região ou gotícula torna-se instável e é rompida (isto é, atomizada) em partículas menores de liga fundida. Como utilizado no presente documento, "partículas de liga fundida" refere-se a partículas que incluem algum teor de material fundido, mas que não são necessária e inteiramente fundidas. Como utilizado no presente documento, "partículas de liga sólidas" refere-se a partículas que estão numa temperatura abaixo da temperatura de solidificação do material e, portanto, são inteiramente sólidas.

Em várias formas de realização, uma montagem de atomização pode compreender uma montagem de atomização por feixe de eletrões, aparelho, dispositivo, ou semelhantes. Conforme discutido em US-6.772.961, um aparelho de atomização por feixe de eletrões pode aplicar rapidamente uma carga eletrostática a uma corrente ou gotículas de liga fundida. Um aparelho de atomização por feixe de eletrões pode ser configurado de modo que a carga eletrostática conferida a uma liga fundida rompa fisicamente a corrente ou a gotícula e produza uma ou mais partículas de liga fundida menores a partir da liga fundida, atomizando, assim, o material. A atomização de material de liga fundida com utilização de carregamento eletrostático rápido através de choque por eletrões pode resultar no rompimento rápido da liga em partículas relativamente pequenas devido a forças de repulsão eletrostática conferidas ao material. Mais especificamente, uma região ou gotícula de liga fundida é rapidamente carregada de modo eletrostático além do "limite de Rayleigh", de modo que as forças eletrostáticas dentro da região ou gotícula excedam a tensão de superfície da liga fundida e o material se quebre em partículas menores. 0 limite de Rayleigh refere-se à carga máxima que um material pode sustentar antes das forças de repulsão eletrostática dentro do material excederem a tensão de superfície que mantém o material junto. As vantagens de um conjunto de procedimentos de atomização que utiliza o choque de eletrões num material para definir a repulsão de carga eletrostática com o material incluem a capacidade para conduzir o conjunto de procedimentos dentro de um ambiente a vácuo. Dessa maneira, as reações químicas entre o material de liga fundida e a atmosfera ou um fluido de atomização podem ser limitadas ou eliminadas. Essa capacidade tem contraste com a atomização de fluido convencional, em que o material atomizado faz contacto necessariamente com um gás ou líquido de atomização e é tipicamente conduzido em ar ambiente ou em atmosfera de gás inerte.

Uma corrente ou gotícuias de liga fundida atomizada por uma montagem de atomização é produzida por uma montagem de fusão a montante. Uma montagem de fusão pode incluir, por exemplo, um dispensador que forma uma corrente ou gotículas adequadas de liga fundida. Em várias formas de realização não limitantes, um dispensador pode incluir uma câmara de produto fundido que tem um orifício. Um exemplo de tal dispensador é mostrado em US-6.772.961.

Uma corrente e/ou gotículas de liga fundida são forçadas ou emergem de outro modo a partir de um orifício e passam a jusante para uma montagem de atomização. Em várias formas de realização não limitantes, uma corrente de liga fundida ou gotículas emergem a partir de um orifício de uma câmara de produto fundido sob a influência de ação ou pressão mecânica. Em várias formas de realização não limitantes, a pressão pode ser aplicada à liga fundida num dispensador de uma montagem de fusão numa magnitude maior que a pressão no lado de fora do orifício de dispensador para produzir gotículas de liga fundida no orifício no dispensador. A pressão pode ser circulada ou variada de outro modo, de modo a interromper seletivamente o fluxo de correntes e/ou gotículas de liga fundida. Várias formas de realização não limitantes de uma montagem de fusão podem ser projetadas para "pré-carregar" uma corrente de liga fundida ou gotículas que percorrem até uma montagem de atomização com uma carga negativa líquida. 0 pré-carregamento de uma corrente ou gotículas pode reduzir a quantidade de carga negativa exigida a partir de uma montagem de atomização por feixe de eletrões para exceder o limite de Rayleigh e atomizar a corrente ou gotículas em partículas menores. Um conjunto de procedimentos não limitante para pré-carregar uma corrente de liga fundida ou gotícuias é manter uma montagem de fusão num potencial negativo alto em relação a outros elementos do aparelho geral. Isso pode ser cumprido, por exemplo, isolando-se eletricamente uma montagem de fusão de outros elementos do aparelho e, então, elevando o potencial negativo da montagem de fusão até um nível alto com utilização de uma fonte de alimentação eletricamente acoplada à montagem de fusão. Outro conjunto de procedimentos de pré-carregamento não limitante é o de posicionar um anel ou placas de indução a montante de uma montagem de atomização numa posição próxima a um orifício de saída de uma montagem de fusão. 0 anel ou placas pode ser configurado para induzir uma carga negativa nas gotícuias ou corrente que passa a jusante até uma montagem de atomização. Uma montagem de atomização pode chocar, então, os eletrões no material pré-carregado para carregar negativa e adicionalmente e atomizar o material.

Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de atomização pode compreender um emissor de feixe de eletrões termoiónico ou um dispositivo semelhante. 0 fenómeno de emissão termoiónica, também conhecido como o "efeito Edison", refere-se ao fluxo de eletrões (chamados de "termiões") a partir de uma superfície metálica quando a energia de vibração térmica supera as forças eletrostáticas que mantêm os eletrões na superfície. 0 efeito aumenta drasticamente com a temperatura crescente, mas está sempre presente até um grau em temperaturas acima do zero absoluto. Um emissor de feixe de eletrões termoiónico utiliza o fenómeno de emissão termoiónica para produzir uma corrente de eletrões com uma energia cinética definida.

Os emissores de feixe de eletrões termoiõnicos compreendem geralmente: (i) um filamento de produção de eletrão aquecido; e (ii) uma região de aceleração de eletrão, a qual é ligada por um cátodo e um ânodo. 0 filamento consiste tipicamente num comprimento de fio de material refratário, o qual é aquecido passando-se uma corrente elétrica através do filamento. Os materiais de filamento de emissor de feixe de eletrões termoiónico adequados têm geralmente as propriedades a seguir: barreira de potencial baixo (função de trabalho); ponto de fusão alto; estabilidade em temperaturas altas; pressão de vapor baixa; e estabilidade química. Várias formas de realização não limitantes de emissores de feixe de eletrões termoiónicos incluem, por exemplo, filamentos de tungsténio, hexaboreto de lantânio (LaBs) , ou hexaboreto de cério (CeBs) .

Num emissor de feixe de eletrões termoiónico, eletrões são "evaporados" a partir da superfície do filamento mediante aplicação de energia térmica suficiente produzida pela corrente aplicada. Os eletrões produzidos no filamento desviam através de um furo num cátodo, e o campo elétrico na região entre o ânodo positivamente carregado e o cátodo negativamente carregado acelera os eletrões através do vão até o ânodo, em que os eletrões passam através de um furo no ânodo com uma energia final correspondente à voltagem aplicada entre os elétrodos. A fim de carregar negativamente uma corrente de liga fundida ou gotículas até um nível necessário para superar a tensão de superfície e atomizar o material, as gotículas ou a corrente devem ser submetidos a um fluxo ou campo de eletrões de energia suficiente e intensidade durante um período de tempo finito. Uma montagem de atomização pode produzir um campo de eletrões tridimensional, o qual se estende numa distância adequada ao longo do trajeto percorrido pelas gotículas ou corrente através da montagem de atomização. Um campo de eletrões tridimensional, em que os eletrões são espacialmente distribuídos, pode ser contrastado com um emissor de feixe de eletrões de fonte pontual, em que os eletrões são focados num feixe bidimensional essencialmente estreito. Uma distribuição espacial tridimensional de eletrões em choque aumenta o choque e a eficácia de carregamento e eficácia de liga fundida que percorre através de uma montagem de atomização sob a influência da gravidade, por exemplo.

Sem se atrelar a qualquer teoria particular, acredita-se que aquelas partículas de liga atomizadas por feixe de eletrões podem ser formadas a partir de uma gotícula ou corrente fundida por um ou ambos de entre os mecanismos a seguir. num primeiro mecanismo não limitante, as partículas atomizadas são sequencialmente removidas da superfície de uma gotícula ou corrente à medida que a carga negativa é adicionada à gotícula ou corrente, num segundo mecanismo não limitante, partículas atomizadas são formadas por um efeito em cascata no qual a corrente ou gotícula fundida inicial se quebra em partículas pequenas, as partículas são recarregadas até o potencial negativo e se quebram em partículas ainda menores, e o processo se repete durante o tempo no qual os eletrões são adicionados às partículas atomizadas sucessivamente menores. Independentemente do mecanismo de atomização física, a liga fundida deve ser exposta a um campo de eletrões durante um tempo suficiente, de modo que a carga negativa suficiente se acumule e rompa o material.

Uma distribuição espacial não limitante de eletrões dentro de um campo de eletrões produzido numa montagem de atomização está na forma de um cilindro de eletrões. 0 eixo geométrico longitudinal do cilindro pode ser orientado na direção geral de percurso de material de liga fundida através da montagem de atomização. 0 comprimento mínimo do cilindro (ao longo do eixo geométrico longitudinal) exigido para atomização completa dependerá da velocidade do material de liga fundida que percorre através da montagem de atomização e da energia e intensidade do campo de eletrões dentro da montagem. Os formatos de campo de eletrões não cilíndricos também podem ser utilizados, como, por exemplo, campos que têm um corte transversal (transversal para a direção geral do material de liga fundida de percurso através da montagem de atomização) que é retangular, triangular, ou de algum outro formato poligonal ou ligado de outro modo. Mais geralmente, os campos de qualquer combinação de energia, intensidade, e formato tridimensional com capacidade para atomizar adequadamente o material de liga fundida podem ser utilizados. Várias formas de realização não limitantes de uma montagem de atomização por feixe de eletrões para um aparelho construído de acordo com a presente divulgação são discutidas abaixo.

Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de atomização pode compreender uma fonte de eletrões de filamento de tungsténio aquecida. Os eletrões emitidos de modo termoiõnico a partir de um filamento de tungsténio aquecido podem ser manipulados com utilização de campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos para formar um feixe em formato retangular de eletrões. 0 feixe em formato retangular pode ser projetado numa câmara de atomização como um campo tridimensional geralmente em formato de bloco através do trajeto de percurso de material de liga fundida através da montagem de atomização. A Figura 2 ilustra esquematicamente uma montagem de atomização 210 que inclui um filamento de tungsténio 212 que é aquecido por fluxo de corrente a partir de uma fonte de alimentação 214. 0 filamento aquecido 212 produz eletrões-livres 216. Os eletrões 216 podem ser produzidos, por exemplo, por um emissor de feixe de eletrões termoiõnico.

Os eletrões 216 são conformados por um campo eletrostático produzido por placas 220 para formar um feixe de eletrões tridimensional 222 que tem um corte transversal geralmente em formato retangular. 0 feixe de eletrões 222 é projetado no interior da montagem de atomização 210 para produzir um campo de eletrões tridimensional geralmente em formato de bloco 226. As gotículas de liga fundidas 230 dispensadas e a montagem de fusão a montante 232 percorrem através do campo de eletrões 226 e são atomizadas para partículas menores 238 através de rompimento por acúmulo de carga negativa. As partículas atomizadas 238 passam na direção da seta A em direção a um coletor (não mostrado).

Em várias formas de realização, as montagens de atomização podem compreender dispositivos de produção de eletrões diferentes ou além de emissores de feixe de eletrões termoiónicos. Por exemplo, em várias formas de realização, uma montagem de atomização pode compreender um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio, também conhecido como um gerador de iões por fio de cátodo a frio e/ou um emissor de iões de plasma. Os emissores de eletrões de plasma de ião de descarga por fio produzem um campo de eletrões que tem um corte transversal geralmente retangular. Uma vantagem de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio é a de que o mesmo produz uma emissão de eletrão em temperaturas mais baixas que um emissor de eletrão termoiónico. Os eletrões produzidos por um dispositivo ou dispositivos de produção de eletrões particulares dentro de uma montagem de atomização podem ser adequadamente manipulados, por exemplo, com utilização de campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos, para formar um feixe de eletrões que tem um corte transversal adequado. 0 feixe de eletrões pode ser, então, projetado numa câmara de atomização através do trajeto de percurso de material de liga fundida a ser atomizado. A Figura 3 ilustra outra forma de realização não limitante de uma montagem de atomização 310. Um ou mais filamentos de tungsténio 312 são aquecidos pela fonte de alimentação 314 e produzem eletrões 316 que têm energia suficiente para atomizar a liga fundida quando em choque na liga fundida. Os eletrões podem ser produzidos, por exemplo, por um emissor de feixe de eletrões termoiónico. Os eletrões 316 podem ser manipulados por estruturas como, por exemplo, placas 320 para formar um ponto difuso 322. Um aparelho de varredura 324 varre o ponto de eletrão 322 numa taxa de varredura alta dentro da região da montagem de atomização através da qual o material de liga fundida percorre, por exemplo, sob a influência da gravidade. 0 efeito da taxa de varredura alta é fornecer um campo de eletrões tridimensional 326 que tem um formato controlado na câmara de atomização da montagem de atomização 310 que é configurada para atomizar as gotículas de liga fundida 330 recebidas a partir de uma montagem de fusão 332 para partículas atomizadas menores 338. As partículas atomizadas 338 passam na direção da seta A em direção a um coletor (não mostrado).

Com referência à Figura 4, uma montagem de atomização 410 produz um campo de eletrões que tem um corte transversal geralmente retangular. Os eletrões são produzidos a partir da superfície de um comprimento geralmente reto de filamento de tungsténio 412 aquecido pela fonte de alimentação 414. Esse método de produzir eletrões é diferente do conjunto de procedimentos de produção de eletrões a partir de uma fonte de ponto, conforme é tipicamente feito em canhões de feixe de eletrões. Os eletrões 416 emanados a partir da superfície do filamento 412 podem ser manipulados com utilização de campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos, como, por exemplo, um campo produzido por placas 420, para formar um feixe 422 que tem um corte transversal geralmente retangular. 0 feixe de eletrões retangular 422 pode ser varrido numa taxa de varredura alta por um aparelho de varredura na montagem de atomização 410 para formar um campo de eletrões através do qual o material de liga fundida 430 percorre quando recebido a partir de uma montagem de fusão 432.

Alternativamente, conforme mostrado na Figura 4, o feixe de eletrões 422 retangular pode ser projetado na montagem de atomização 410 por um dispositivo de projeção 424 para formar um campo de eletrões 426, que tem um corte transversal geralmente retangular, através do qual o material de liga fundida 430 percorre quando recebido a partir da montagem de fusão 432. 0 material de liga 430 é rompido por acúmulo de carga negativa em partículas atomizadas 438, as quais passam em direção a um coletor (não mostrado) na direção da seta A.

Em várias formas de realização, uma montagem de atomização pode compreender múltiplas fontes de eletrões. Uma montagem de atomização também pode compreender múltiplos dispositivos de manipulação e projeção/varredura de eletrões para produzir e controlar um campo de eletrões adequado. Por exemplo, vários emissores de feixe de eletrões termoiónicos ou não termoiónicos ou outras fontes de eletrões podem ser orientados em posições angulares específicas (por exemplo, três emissores/fontes em 120 graus entre si) em torno da trajetória de material de liga fundida numa câmara de atomização e produzir um campo tridimensional de eletrões projetando-se os eletrões a partir das múltiplas fontes na trajetória.

Em várias formas de realização, componentes e recursos das diversas formas de realização de montagem de atomização descritas acima podem ser combinados. Por exemplo, com referência às Figuras 2 e 3, o feixe retangular 222 da montagem de atomização 210 pode ser varrido com utilização do aparelho de varredura 324 na montagem de atomização 310 para produzir um campo de eletrões para atomizar o material de liga fundida. Em relação ao ponto de eletrão 322, a varredura do feixe de eletrões retangular de razão de aspeto relativamente alta 222 pode fornecer um campo tridimensional maior disposto ao longo do trajeto do material de liga fundida na câmara de atomização.

Em várias formas de realização não limitantes de uma montagem de atomização por feixe de eletrões, um primeiro fluxo ou corrente de eletrões pode se chocar com o material de liga fundida que emerge a partir de uma montagem de fusão, atomizando, assim, o material de liga para partículas de liga fundida primárias que têm um primeiro tamanho médio. Chocar uma segunda corrente de eletrões nas partículas primárias pode atomizar adicionalmente as partículas para um tamanho de partícula médio menor. As reduções adicionais em tamanho médio podem ser alcançadas ao chocar fluxos ou correntes de eletrões adicionais nas partículas sucessivamente atomizadas. Dessa maneira, diversos refinamentos de tamanho são possíveis com utilização de carregamento eletrostático rápido por choque de eletrões.

Em várias formas de realização não limitantes, o carregamento eletrostático rápido por um feixe de eletrões é aplicado duas, três, ou mais vezes ao longo de uma trajetória para alcançar um tamanho final de partícula de liga fundida médio desejado. Dessa maneira, o tamanho original de gotículas de liga fundida produzidas pela montagem de fusão não precisa limitar o tamanho das partículas atomizadas finais produzidas na montagem de atomização. As múltiplas fontes de eletrões em tal disposição podem ser, por exemplo, emissores de feixe de eletrões termoiónicos individuais, geradores de iões por fio de cátodo a frio, e/ou emissores de ião de plasma.

Em várias formas de realização não limitantes de uma montagem de atomização, uma gotícuia ou uma porção de uma corrente de liga fundida é submetida a dois ou mais estágios de atomização para reduzir sucessivamente a média do tamanho das partículas atomizadas resultantes. Isso pode ser cumprido, por exemplo, posicionando-se apropriadamente dois ou mais canhões de eletrões ou outras fontes de fluxos ou correntes de eletrões ao longo de uma trajetória numa região entre a montagem de atomização e o coletor. Uma montagem de atomização que tem essa construção geral é esquematicamente ilustrada como a montagem 500 na Figura 5. Uma montagem de fusão 512 inclui um dispensador 514 que produz uma gotícula de liga fundida 523a. 0 dispensador 514 pode utilizar, por exemplo, dispositivos mecânicos, pressão, ou gravidade para produzir a gotícula de liga fundida 523a a partir do material fundido produzido a partir de um lingote, carga, resíduo, e/ou outra fonte na montagem de fusão 512.

Canhões de feixes de eletrões primários 524a produzem correntes de eletrões 525a que se chocam na gotícula 523a e conferem uma carga negativa à gotícula. As forças eletrostáticas definidas na gotícula 523a excedem eventualmente a tensão de superfície da gotícula, rompem a gotícula e formam partículas de liga fundida primárias 523b. Os canhões de feixes de eletrões secundários 524b focam correntes de eletrões 525b nas partículas de liga fundida primárias 523b, conferindo de modo semelhante a carga negativa às partículas e rompendo as mesmas em partículas secundárias menores de liga fundida 523c. Os canhões de feixes de eletrões terciários 524c focam correntes de eletrões 525c em partículas secundárias de liga fundida 523c, também conferindo de modo semelhante a carga negativa às partículas e rompendo as mesmas em partículas terciárias ainda menores de liga fundida 523d. numa forma de realização não limitante dessa disposição, os diversos canhões de feixes de eletrões são canhões de feixes de eletrões termoiónicos, embora qualquer outro dispositivo adequado para produzir correntes adequadas de eletrões possa ser utilizado, como, por exemplo, um gerador de iões por fio de cátodo a frio e/ou um emissor de iões de plasma.

Conforme discutido em US-6.772.961, o carregamento eletrostático "rápido" refere-se ao carregamento de uma magnitude desejada dentro de 1 a 1.000 microssegundos, ou qualquer sub-faixa integrada na mesma, como, por exemplo, 1 a 500 microssegundos, 1 a 100 microssegundos, ou 1 a 50 microssegundos. O carregamento eletrostático rápido de liga fundida produzido por uma montagem de fusão produz cargas que excedem o limite de Rayleigh do material, e produz, assim, uma pluralidade de partículas de liga fundida menores. As partículas podem ter um diâmetro geralmente uniforme de, por exemplo, 5 a 5.000 micrones, ou qualquer sub-faixa integrada na mesma, como, por exemplo, 5 a 2.500 mícrones ou 5 a 250 mícrones.

Uma montagem de atomização produz partículas de liga fundida, as quais são adicionalmente processadas para formar uma pré-forma unitária e monolítica (isto é, de uma peça). Como utilizado no presente documento, o termo "pré-forma" refere-se a uma peça de trabalho, lingote, ou outro artigo que é formado ao recolher junto de modo metalúrgico as partículas de liga sólidas ligadas produzidas a partir de partículas atomizadas de liga fundida. Nos processos, sistemas, e aparelho descritos no presente documento, todas ou uma porção das partículas de liga fundida produzidas pela montagem de atomização são controladas e solidificadas a jusante da montagem de atomização e recolhidas como uma pré-forma num coletor. Por exemplo, em várias formas de realização não limitantes, um sistema ou aparelho pode incluir pelo menos uma montagem de produção de campo que produz um campo eletrostático e/ou um campo eletromagnético que está pelo menos parcialmente presente numa região a jusante da montagem de atomização. 0 campo eletrostático e/ou campo eletromagnético produzido pela montagem de produção de campo pode ser estruturado e/ou manipulado de modo a influenciar pelo menos um de entre a aceleração, velocidade, e direção das partículas de liga fundida que interagem com o campo.

Como utilizado no presente documento, o termo "montagem de produção de campo" refere-se a um sistema ou aparelho que produz e, opcionalmente, manipula um ou mais campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos que podem ser utilizados para controlar pelo menos um de entre a aceleração, velocidade, e direção de partículas de liga fundidas e solidificadas numa região a jusante da montagem de atomização. Exemplos de montagens de produção de campo adequados para utilização nos processos, sistemas, e aparelho descritos no presente documento são descritos em US-6.772.961,

Como utilizado no presente documento, o termo "campo eletrostático" pode se referir a um campo eletrostático único ou uma pluralidade de (dois ou mais) campos eletrostáticos. Um campo eletrostático pode ser produzido, por exemplo, carregando-se um ponto, placa, ou outra fonte com potencial alto. Também conforme utilizado no presente documento, o termo "campo eletromagnético" pode se referir a um campo eletromagnético único ou uma pluralidade de campos eletromagnéticos. Um campo eletromagnético pode ser criado, por exemplo, passando-se a corrente elétrica através de um condutor, como, por exemplo, uma bobina condutora.

Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de produção de campo produz um ou mais campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos que interagem com e direcionam as partículas de liga sólidas a várias regiões de uma pré-forma em desenvolvimento em vários momentos durante um processo de formação. Os campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos também podem ser utilizados para direcionar as partículas de liga sólidas até as áreas de uma pré-forma em desenvolvimento, em que é desejado adicionar ou remover calor, influenciando, assim, a macroestrutura da pré-forma. Na condução de formação por aspersão sólida, o formato dos um ou mais campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos também pode ser manipulado para produzir pré-formas próximas do formato definitivo direcionando-se partículas às regiões predeterminadas na pré-forma em desenvolvimento em vários momentos durante o processo de formação. Empregando-se um ou mais campos eletrostáticos e/ou eletromagnéticos com utilização da montagem de produção de campo, é possível aprimorar o rendimento do processo de formação, assim como melhorar (e controlar) a densidade da pré-forma resultante.

Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de produção de campo produz um campo eletrostático numa região entre uma montagem de atomização e um coletor acoplando-se eletricamente o coletor a uma fonte de alimentação de CC de voltagem alta e aterrando-se a montagem de atomização. Visto que a atomização por feixe de eletrões pode ser utilizada nos processos, sistemas, e aparelho descritos no presente documento, e visto que as partículas atomizadas serão negativamente carregadas, uma polaridade negativa é utilizada de modo que as negativamente partículas atomizadas e solidificadas carregadas sejam repelidas da montagem de atomização e atraídas ao coletor. Um campo eletrostático pode interagir com partículas de liga negativamente carregadas produzidas por uma montagem de atomização e as partículas podem ser direcionadas sob a influência do campo para se mover na direção geral das linhas de campo eletrostático. Essa interação pode ser utilizada para controlar uma ou mais de entre a aceleração, velocidade, e direção das partículas de liga fundidas e solidificadas em direção ao coletor.

Além de uma fonte de alimentação de CC de voltagem alta, uma montagem de produção de campo pode compreender um ou mais elétrodos localizados em posições adequadas e em orientações adequadas de modo a produzir campo (ou campos) adequado entre uma montagem de atomização e um coletor. Os elétrodos podem ser posicionados e configurados para conformar um campo eletrostático entre uma montagem de atomização e um coletor de uma maneira desejada. Um campo eletrostático fornecido sob a influência dos um ou mais elétrodos pode ter um formato que direciona partículas de liga fundidas e solidificadas de uma maneira desejada para um coletor.

Uma montagem de produção de campo também pode compreender uma pluralidade de fontes de alimentação de CC de voltagem alta, em que cada uma é conectada de modo operacional a um ou mais elétrodos dispostos em posições adequadas e em orientações adequadas entre uma montagem de atomização e um coletor, e que influenciam o formato de um campo eletrostático produzido pela montagem de produção de campo entre a montagem de atomização e o coletor de maneira dependente do tempo. Dessa maneira, o campo pode ser manipulado para direcionar adequadamente as partículas de liga produzidas pela montagem de atomização para áreas ou localizações específicas no coletor ou na pré-forma em desenvolvimento ao longo do tempo.

Por exemplo, uma montagem de produção de campo que inclui uma pluralidade de elétrodos e fontes de alimentação associadas pode ser incorporada num sistema ou aparelho configurado para formar por aspersão sólida artigos sólidos próximos do formato definitivo que têm densidades altas em relação a pré-formas produzidas por processos de formação por aspersão e de fundição nucleada convencionais. Em tais formas de realização, o campo eletrostático pode ser variado em termos de força e/ou formato para direcionar adequadamente as partículas de liga solidificadas ao coletor.

Em várias formas de realização não limitantes, um campo eletromagnético pode ser produzido entre uma montagem de atomização e um coletor por uma ou mais bobinas magnéticas posicionadas de modo intermediário na montagem de atomização e no coletor. As bobinas magnéticas podem ser eletricamente conectadas a uma fonte de alimentação, a qual energiza as bobinas. As partículas de liga produzidas por uma montagem de atomização podem ser direcionadas ao longo das linhas de campo do campo eletromagnético para o coletor. A posição e/ou orientação das uma ou mais bobinas magnéticas pode ser configurada para direcionar as partículas para áreas ou localizações específicas num coletor ou uma pré-forma em desenvolvimento. Dessa maneira, as partículas de liga podem ser direcionadas para aprimorar a densidade de pré-formas ou até mesmo produzir pré-formas do formato próximo ao definitivo durante formação por aspersão sólida.

Em várias formas de realização não limitantes, uma pluralidade de bobinas magnéticas pode ser posicionada entre uma montagem de atomização e um coletor. Os campos eletromagnéticos produzidos pela pluralidade de bobinas magnéticas, os quais podem ser energizados de modo único ou múltiplo até várias intensidades de campo magnético diferentes, influenciam a direção de movimento das partículas de liga produzidas pela montagem de atomização, direcionando as partículas às áreas ou localizações predeterminadas específicas no coletor ou numa pré-forma em desenvolvimento. Dessa maneira, as partículas de liga podem ser direcionadas em padrões predeterminados para produzir, por exemplo, pré-formas sólidas que têm o formato próximo ao definitivo e/ou densidade relativamente alta.

Em várias formas de realização não limitantes, os campos produzidos por uma montagem de produção de campo podem ser utilizados para melhorar ou refinar o controlo direcional já disponível através da utilização de bocais de atomização passíveis de translação numa montagem de atomização. Em várias formas de realização não limitantes, o controlo direcional substancial alcançável apenas manipulando-se apropriadamente o formato de campo, direção, e/ou intensidade, pode substituir inteiramente o movimento de bocais de atomização numa montagem de atomização.

Em varias formas de realização não limitantes, todas ou uma porção de partículas de liga fundida produzidas por uma montagem de atomização e que passam dentro ou através do campo (ou campos) produzido por uma montagem de produção de campo são recolhidas num coletor como uma pré-forma sólida. Como utilizado no presente documento, o termo "coletor" refere-se a um substrato, aparelho, elemento, ou porção ou região de um substrato, aparelho, ou elemento, ou um conjunto de elementos, que é configurado para receber todas ou uma porção das partículas de liga solidificadas produzidas ao arrefecer as partículas de liga fundida produzidas por uma montagem de atomização. Os exemplos não limitantes de um coletor que pode ser incorporado em formas de realização de um sistema ou aparelho configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida incluem a totalidade ou uma porção ou região de uma câmara, um molde, uma chapa, um mandril, ou outra superfície.

Um coletor pode ser mantido em potencial da terra ou, em várias formas de realização não limitantes, num potencial positivo alto de modo a atrair as partículas atomizadas negativamente carregadas produzidas pela montagem de atomização. 0 sistema ilustrado na Figura 1, isto é, que compreende uma montagem de fusão, uma montagem de atomização, uma montagem de produção de campo e um coletor, pode ser configurado e operado para formar por aspersão sólida um lingote ou outra pré-forma sólida numa superfície do coletor, o qual, em tal caso, pode ser, por exemplo, uma chapa ou um mandril. Em várias formas de realização não limitantes, um sistema ou aparelho configurado para formar por aspersão sólida um lingote ou outra pré-forma pode compreender um coletor que compreende uma chapa ou um mandril, o qual pode ser adaptado para girar ou realizar translação de outro modo para formar adequadamente um artigo sólido da geometria desejada.

Em várias formas de realização não limitantes, a aspersão excessiva de partículas de liga sólidas é reduzida ou eliminada carregando-se adequadamente um coletor. Atomizar uma corrente fundida e/ou partículas fundidas com utilização de um feixe de eletrões produz partículas que são negativamente carregadas devido ao excesso de eletrões dentro das partículas atomizadas. Carregando-se adequadamente um coletor até uma polaridade positiva, o coletor atrairá as partículas e reduzirá ou eliminará significativamente, assim, a aspersão excessiva. A aspersão excessiva é uma desvantagem problemática de formação por aspersão convencional que pode resultar em rendimentos de processo significativamente comprometidos. A Figura 6 ilustra esquematicamente vários elementos de uma forma de realização não limitante de um aparelho 600 configurado para formar por aspersão sólida uma pré-forma sólida. Uma montagem de atomização por feixe de eletrões 610 produz partículas de liga fundida negativamente carregadas 612. Um campo eletrostático 614 é produzido entre a montagem de atomização 610 e um coletor 616. A montagem de atomização 610 recebe pelo menos um de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida a partir de uma montagem de fusão (não mostrado). As partículas de liga fundida carregadas interagem com o campo eletrostático 614, o qual acelera as partículas de liga 612 em direção ao coletor 616. As partículas de liga fundida 612 são solidificadas para formar as partículas de liga sólidas enquanto percorrem a partir da montagem de atomização 610 até o coletor 616. As partículas de liga sólidas impactam o coletor 616 e formam uma pré-forma sólida 618 numa superfície do coletor 616. A influência do campo em velocidade e/ou direção das partículas de liga fundida 612 e, por sua vez, as partículas de liga solidificadas, pode ser utilizada para reduzir ou eliminar a aspersão excessiva a partir da pré-forma 618, aprimorando, assim, o rendimento do processo de formação por aspersão sólida, e também aumentando possivelmente a densidade da pré-forma 618 em relação a uma densidade possível sem a utilização de uma montagem de produção de campo. A Figura 7 ilustra esquematicamente vários elementos de uma forma de realização não limitante de um aparelho 700 configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. A montagem de fusão 710 abastece pelo menos uma de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida para a montagem de atomização por feixe de eletrões 712, a qual produz uma aspersão de partículas de liga fundida negativamente carregadas 714. Um campo eletrostático e/ou eletromagnético 716 é produzido por uma montagem de produção de campo entre a montagem de atomização 712 e um coletor adequadamente conformado 718. 0 campo 716 interage com as partículas de liga fundida carregadas 714 para acelerar as partículas 714 em direção ao coletor 718. As partículas de liga fundida 714 solidificam e formam as partículas de liga sólidas 715 enquanto percorrem a partir da montagem de atomização 712 até o coletor 718. As partículas de liga 714/715 podem ser aceleradas até um ponto maior se o coletor 718 for mantido em seu potencial positivo alto. A força de aceleração e o controlo direcional exercidos pelo campo 716 nas partículas carregadas 714/715 podem ser utilizados para aprimorar a densidade da pré-forma sólida 720, e também podem ser utilizados para produzir uma pré-forma do formato próximo ao definitivo 720. 0 coletor 718 pode ser estacionário, ou pode ser adaptado para girar ou realizar translação adequadamente de outro modo. As partículas de liga sólidas 715 impactam o coletor 718 e a pré-forma em desenvolvimento 720, deformam mediante impacto, e se ligam de modo metalúrgico juntas para formar a pré-forma sólida 720.

Conforme mostrado na Figura 7A, uma forma de realização não limitante alternativa de um aparelho 700 inclui uma montagem de produção de plasma de não equilíbrio configurada para produzir o plasma de não equilíbrio 722 no trajeto das partículas fundidas 714 entre dois elétrodos de dissipador de calor 724. Os elétrodos 724 se comunicam de modo térmico com uma massa térmica externa 726 por meio de um líquido dielétrico que circula através do conduto 728 sob a influência de bombas 730. 0 acoplamento térmico entre os elétrodos de dissipador de calor 724 e a massa térmica externa 726 por meio do fluido dielétrico permite que o calor seja removido das partículas fundidas 714 e comunicado até a massa térmica 726. 0 plasma de não equilíbrio 722 entre os dissipadores de calor 724 pode ser produzido, por exemplo, por meio de uma descarga luminescente de CA ou uma descarga de coroa. 0 plasma de não equilíbrio 722 transfere o calor a partir das partículas fundidas 714 para os dois elétrodos de dissipador de calor 724, os quais transferem o calor para a massa térmica externa 726. A remoção de calor das partículas de liga fundida 714 permite que as partículas solidifiquem e formem partículas de liga sólidas 715.

Os sistemas e dispositivos de transferência de calor que produzem plasma de não equilíbrio para transferir o calor para ou a partir de partículas atomizadas de liga fundida são descritos em US-6.772.961. Os sistemas e dispositivos de transferência de calor que produzem plasma de não equilíbrio para transferir calor para ou a partir de materiais de liga também são descritos na Patente n° U.S. 7.114.548. A Figura 8 ilustra esquematicamente vários elementos de uma forma de realização não limitante de um aparelho 800 configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. A montagem de fusão 810 fornece pelo menos um de entre um fluxo e uma série de gotículas de liga fundida para a montagem de atomização por feixe de eletrões 812. A montagem de fusão 810 pode ser opcionalmente mantida num potencial negativo alto, como por fonte de alimentação opcional 822, de modo a "pré-carregar" negativamente o material fundido antes do mesmo passar para a montagem de atomização 812, reduzindo, assim, a quantidade de carga negativa que a montagem de atomização 812 deve transportar para o material fundido para atomizar o material. Esse recurso de "pré-carregamento" também pode ser utilizado com as outras formas de realização descritas no presente documento para reduzir a quantidade de carga negativa que deve ser adicionada ao material fundido para atomizar o material na montagem de atomização. A montagem de atomização por feixe de eletrões 812 produz uma aspersão de partículas de liga fundida carregadas 814. Um campo eletromagnético 816 é produzido por uma bobina magnética 818 (mostrada dividida). As partículas de liga fundida carregadas 814 interagem com o campo 816 e são, assim, direcionadas em direção a um coletor 820. As partículas de liga fundida 814 solidificam e formam as partículas de liga sólidas 815 enquanto percorrem a partir da montagem de atomização 812 até o coletor 820. O controlo direcional das partículas de liga 814/815 exercido pelo campo 816 pode reduzir a aspersão excessiva, aprimorando, assim, o rendimento do processo de formação por aspersão sólida, e também pode aprimorar a densidade da pré-forma sólida 822. As partículas de liga sólidas 815 impactam o coletor 820 e a pré-forma em desenvolvimento 822, deformam mediante impacto, e se ligam de modo metalúrgico juntas para formar a pré-forma sólida 822 .

Conforme mostrado na Figura 8A, o plasma de não equilíbrio 842 pode ser opcionalmente produzido no trajeto das partículas de liga 814/815 entre dois elétrodos de dissipador de calor 844, os quais são termicamente conectados a uma massa térmica externa 846 por um líquido dielétrico que é circulado através de condutos 848 por bombas 850. A comunicação térmica mantida entre os elétrodos de dissipador de calor 844 e a massa térmica externa 846 permite que o calor seja removido ou adicionado às partículas de liga 814/815. O plasma de não equilíbrio 842 entre os elétrodos de dissipador de calor 844 pode ser produzido, por exemplo, por uma descarga luminescente de CA ou uma descarga de coroa. O plasma de não equilíbrio 842 também pode se estender a partir dos elétrodos de dissipador de calor 844 até a pré-forma sólida 822 e o coletor 820, proporcionando a remoção de calor ou a adição de calor para a pré-forma 822 e o coletor 820. Consequentemente, no aparelho 800, o calor pode ser transferido a partir das partículas de liga fundida 814, partículas de liga sólidas 815, da pré-forma sólida 822, e do coletor 820 pelo plasma de não equilíbrio 842 para os elétrodos de dissipador de calor 844, e, então, para a massa térmica externa 846. A remoção de calor das partículas de liga fundida 814 permite que as partículas solidifiquem e formem as partículas de liga sólidas. A Figura 9 ilustra esquematicamente vários elementos de uma forma de realização não limitante de um aparelho 900 configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. A montagem de fusão 910 fornece pelo menos uma de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida para a montagem de atomização por feixe de eletrões 912. A montagem de atomização 912 produz partículas de liga fundida carregadas 914. O campo eletromagnético 916 produzido por uma bobina magnética 918 (mostrada dividida) interage com as partículas de liga fundida carregadas 914 para espalhar as partículas 914 e reduzir a probabilidade de sua colisão, inibindo, assim, a formação de partículas fundidas maiores e, consequentemente, partículas de liga sólidas maiores 942. Um segundo campo eletromagnético 940 produzido por uma bobina magnética 943 (mostrada dividida) interage com e direciona as partículas solidificadas 942 a um coletor 944. Uma pré-forma sólida 946 é formada no coletor 944 impactando-se as partículas de liga sólidas 942 no coletor 944 e na pré-forma 946, em que as partículas de liga sólidas 942 deformam mediante impacto e se ligam de modo metalúrgico juntas para formar a pré-forma sólida 946.

Conforme mostrado na Figura 9A, uma forma de realização não limitante de um aparelho 900 pode ser configurada de modo que o plasma de não equilíbrio 922 seja criado no trajeto das partículas fundidas 914, entre dois elétrodos de dissipador de calor 924 que se comunicam de modo térmico com uma massa térmica externa 926 por um fluido dielétrico que circula através do conduto 928 por meio das bombas 930. A disposição dos elétrodos de dissipador de calor 924 que se comunicam de modo térmico com massa térmica externa 926 permite que o calor seja removido das partículas de liga fundida 914 para solidificar as partículas de liga fundida e formar as partículas de liga sólidas 942.

Em várias formas de realização não limitantes, um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida pode incluir uma câmara ou semelhantes que envolvem ou contêm toda ou uma porção da montagem de fusão, montagem de atomização, montagem de produção de campo, montagem de produção de plasma, coletor, e/ou peça de trabalho (por exemplo, pré-forma) . Se, por exemplo, um dispositivo de transferência de calor que emprega plasma de não equilíbrio for incorporado num aparelho ou sistema, todo ou uma porção do dispositivo de transferência de calor e seus elétrodos associados, assim como o plasma de não equilíbrio, também podem ser abrangidos pela câmara. Tal câmara pode ser fornecida para proporcionar a regulação da atmosfera dentro da câmara, que inclui as espécies e as pressões parciais de gases presentes e/ou a pressão de gás geral dentro da câmara.

Por exemplo, a câmara pode ser evacuada para fornecer um vácuo (conforme utilizado no presente documento, "vácuo" refere-se a um vácuo completo ou parcial) e/ou pode ser completa ou parcialmente enchida com um gás inerte (por exemplo, argónio e/ou azoto) para limitar a oxidação dos materiais em processamento e/ou para inibir outras reações químicas não desejadas, como nitretação. numa forma de realização não limitante de um aparelho que incorpora uma câmara, a pressão dentro da câmara pode ser mantida menor que a pressão atmosférica, como de 13,33 a 0,013 Pa (0,1 a 0,0001 torr) , ou qualquer sub-faixa integrada na mesma, como, por exemplo, de 1,33 a 0,13 Pa (0,01 a 0,001 torr).

As partículas de liga fundidas produzidas ao chocar eletrões em material fundido, conforme descrito nesta memória descritiva, são, geralmente, alta e negativamente carregadas. Várias formas de realização não limitantes descritas no presente documento também incluem os dispositivos para pré-carregar o material fundido com uma carga negativa, antes de chocar eletrões em e atomizar o material fundido. Pode existir uma tendência para as partículas/material negativamente carregado para acelerar em direção a estruturas próximas mantidas em potencial da terra. Tais estruturas podem incluir paredes de câmara e outros componentes de aparelho adjacentes ao trajeto do material fundido de percurso a jusante da montagem de fusão. Em várias formas de realização não limitantes, a montagem de atomização do aparelho inclui placas ou outras estruturas adequadamente conformadas mantidas em potencial negativo e dispostas de modo a defletir partículas/material negativamente carregadas e inibir aceleração indesejável das partículas/material em direção às paredes de câmara e/ou outras estruturas mantidas em potencial da terra. Várias formas de realização não limitantes de um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida pode incluir uma montagem de fusão substancialmente livre de cerâmica em regiões que fariam contacto e, portanto, poderiam contaminar, com a liga fundida produzida pela montagem de fusão durante a operação do aparelho. Cada tal aparelho também pode incluir uma montagem de atomização por feixe de eletrões para atomizar o material fundido e produzir partículas de liga fundida. Cada tal aparelho também pode incluir uma montagem de produção de campo, a qual produz um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos entre a montagem de atomização e um coletor e influencia pelo menos uma de entre a aceleração, velocidade, e direção das partículas à medida que atravessam toda ou uma porção da distância entre a montagem de atomização e o coletor. Várias formas de realização não limitantes de um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida pode incluir uma ou mais montagens de produção de plasma de não equilíbrio que produzem plasma de não equilíbrio para transferir calor para ou a partir das partículas de liga fundidas e/ou sólidas após as mesmas serem produzidas por uma montagem de atomização, mas antes das partículas sólidas impactarem um coletor/peça de trabalho em desenvolvimento para formar uma pré-forma sólida. Alternativamente, ou além disso, as formas de realização não limitantes de um aparelho configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida podem produzir um ou mais plasmas de não equilíbrio para transferir o calor para ou a partir de material de liga sólido após impactar um coletor e podem ser aplicadas a uma pré-forma em desenvolvimento ou no coletor.

As Figuras 10 a 13 ilustram esquematicamente várias formas de realização não limitantes de montagens de fusão que podem ser incluídas como um componente de um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. Cada tal forma de realização de montagem de fusão pode ser utilizada para produzir pelo menos um de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida a partir de um elétrodo consumível ou outra matéria-prima de liga. Cada tal forma de realização de montagem de fusão abaixo pode ser construída de modo que não tenha cerâmica em regiões da montagem que fariam contacto pela liga fundida produzida na montagem. A Figura 10 ilustra a utilização de um dispositivo de refusão por elétrodo duplo a vácuo como um componente de uma montagem de fusão que produz a liga fundida que é alimentada a uma montagem de atomização por feixe de eletrões. 0 conjunto de procedimentos de refusão por elétrodo duplo a vácuo, ou "VADER", é descrito, por exemplo, na Patente n° U.S. 4.261.412, Num aparelho de VADER, o material fundido é produzido ao atingir um arco num vácuo entre dois elétrodos consumiveis, os quais se fundem. Uma vantagem do conjunto de procedimentos de VADER sobre a refusão a arco sob vácuo convencional (VAR) é a de que o conjunto de procedimentos de VADER permite o controlo mais restrito de temperatura e taxa de fusão.

Com referência à Figura 10, uma parede de câmara a vácuo 1010 circunda os elétrodos consumíveis opostos 1014 e uma montagem de atomização 1016. A corrente elétrica passa entre e através dos elétrodos opostos 1014, o que funde os elétrodos para produzir gotículas 1018 (ou, alternativamente, uma corrente) de liga fundida. As gotículas de liga fundida 1018 caem dos elétrodos 1014 para a montagem de atomização 1016. Alternativamente, um poço de produto fundido em comunicação fluida com uma guia de indução a frio ou dispositivo de dispensação semelhante (não mostrado) pode ser posicionado entre os elétrodos 1014 e a montagem de atomização 1016. As partículas atomizadas de liga fundida produzidas pela montagem de atomização 1016 passam através e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos produzidos por uma montagem de produção de campo (não mostrado), solidificam, impactam num coletor ou uma peça de trabalho em desenvolvimento (não mostrado), se ligam de modo metalúrgico juntas, e formam uma pré-forma sólida. A Figura 11 ilustra a utilização de um dispositivo de fusão por feixe de eletrões como um componente de uma montagem de fusão que produz a liga fundida que é alimentada a uma montagem de atomização por feixe de eletrões. Na fusão por feixe de eletrões, uma matéria-prima é fundida ao chocar eletrões de energia alta na matéria-prima. A contaminação do produto fundido pode ser reduzida ou eliminada por fusão num vácuo controlado. A eficácia de energia de fusão por feixe de eletrões pode exceder aquela de processos competitivos devido ao controlo disponível do tempo de permanência de ponto de feixe de eletrões e da distribuição para as áreas a serem fundidas. Igualmente, as perdas de potência do feixe de eletrões dentro do canhão e entre o bocal de canhão e o material-alvo são relativamente pequenas.

Conforme discutido acima, os dispositivos de fusão descritos no presente documento, incluindo o dispositivo de fusão mostrado na Figura 11, por exemplo, podem ser configurados para serem mantidos num potencial negativo alto e conferem, assim, uma carga negativa ao material fundido antes de passar a jusante para a montagem de atomização do aparelho. Como exemplo, o dispositivo de fusão mostrado na Figura 11 pode ser configurado para incluir uma câmara de produto fundido que é eletricamente condutiva e mantida num potencial negativo alto, e que faz contacto com o material fundido antes de passar para a montagem de atomização.

Com referência à Figura 11, a câmara a vácuo 1110 circunda as fontes de feixe de eletrões do dispositivo de fusão 1112, o elétrodo consumivel 1114 em fusão, uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1116, e um coletor (não mostrado). Os feixes de eletrões impactam o elétrodo 1114, aquecem e fundem o elétrodo para produzir gotículas 1118 (ou, alternativamente, uma corrente) de liga fundida. As gotículas 1118 caem do elétrodo 1114 para a montagem de atomização 1115. As partículas atomizadas de liga fundida produzidas pela montagem de atomização 1116 passam através e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos produzidos por uma montagem de produção de campo (não mostrado) , solidificam, impactam num coletor ou uma peça de trabalho em desenvolvimento (não mostrado), se ligam de modo metalúrgico juntas, e formam uma pré-forma sólida. A Figura 12 ilustra a utilização de um dispositivo de fusão eletrónica a frio na soleira como um componente de uma montagem de fusão que produz a liga fundida que é alimentada a uma montagem de atomização por feixe de eletrões, num conjunto de procedimentos de fusão eletrónica a frio na soleira típico, um primeiro canhão de feixe de eletrões funde a carga, a qual pode ter uma variedade de formas (por exemplo, lingote, esponja, ou resíduo). 0 material fundido flui para um cadinho arrefecido com água raso (a soleira fria) , em que um ou mais canhões de eletrões mantêm a temperatura do material fundido. Uma função principal da soleira fria é separar as inclusões mais leves ou mais pesadas que o material líquido, enquanto aumenta ao mesmo tempo o tempo de residência de partículas de densidade mais baixa que têm um ponto de fusão alto a fim de garantir sua dissolução completa. Todas as operações podem ser conduzidas num ambiente a vácuo para garantir a operação apropriada dos canhões de eletrões e para evitar a contaminação de liga pelo ambiente local. Uma vantagem do conjunto de procedimentos de fusão eletrónica a frio na soleira é a de que o mesmo pode eliminar de modo eficaz os elementos voláteis, como cloreto e hidrogénio (devido, em parte, ao vácuo opcional), e inclusões no produto fundido. 0 conjunto de procedimentos também é flexível em relação à forma dos materiais de alimentação.

Com referência à Figura 12, a câmara a vácuo 1210 circunda as fontes de feixe de eletrões 1212 e uma soleira fria de cobre arrefecida com água 1216 da montagem de fusão, o elétrodo consumivel 1214 em fusão, uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1218, e um coletor (não mostrado). 0 material fundido 1220, na forma de uma corrente e/ou uma série de gotícuias, cai da soleira fria de cobre arrefecida com água 1216 para a montagem de atomização 1218. As partículas atomizadas de liga fundida produzidas pela montagem de atomização 1218 passam através e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos produzidos por uma montagem de produção de campo (não mostrado), solidificam, impactam num coletor ou uma peça de trabalho em desenvolvimento (não mostrado), se ligam de modo metalúrgico juntas, e formam uma pré-forma sólida. A Figura 13 ilustra a utilização de uma montagem de fusão que compreende uma combinação de um dispositivo de refinação/refusão por eletroescória (ESR) e uma guia de indução a frio (CIG) para produzir a liga fundida que é alimentada a uma montagem de atomização por feixe de eletrões. Alternativamente, um dispositivo de fusão que combina a refusão a arco sob vácuo (VAR) e uma CIG pode ser utilizado no lugar de uma combinação ESR/CIG. Os dispositivos que combinam dispositivos de ESR ou VAR e uma CIG são descritos, por exemplo, na Patente n° U.S. 5.325.906,

Num conjunto de procedimentos de ESR típico, a corrente elétrica é passada através de um elétrodo consumivel e uma escória eletricamente condutiva disposta dentro de um vaso de refinação e em contacto com o elétrodo. As gotícuias fundidas a partir do elétrodo passam através e são refinadas pela escória condutiva, e podem, então, ser passadas para um aparelho a jusante. Os componentes básicos de um aparelho de ESR incluem uma fonte de alimentação, um mecanismo de alimentação de elétrodo, um vaso de refinação de cobre arrefecido com água, e a escória. 0 tipo de escória específico utilizado dependerá do material particular em refinação. 0 processo de VAR envolve a fusão de um elétrodo consumivel composto da liga ao atingir um arco com o elétrodo num vácuo. Além de reduzir o azoto e o hidrogénio dissolvidos, o processo de VAR remove muitas inclusões de óxido no plasma de arco.

Nas combinações ESR/CIG e VAR/CIG, a CIG, que também é chamada de modo variado a "dedo frio" ou "guia de indução de parede a frio", pode manter o material fundido na forma fundida enquanto o material passa do aparelho de VAR ou ESR a jusante para a montagem de atomização. A CIG também protege o material fundido do contacto com a atmosfera. A CIG pode ser diretamente acoplada a montante ao aparelho de ESR ou VAR e a jusante até a montagem de atomização para proteger o material fundido refinado a partir da atmosfera, o que impede que os óxidos se formem e contaminem o produto fundido. Uma CIG também pode ser utilizada para controlar o fluxo de material fundido a partir de um aparelho de ESR ou VAR até uma montagem de atomização a jusante. A construção e a maneira de operação de dispositivos de CIG são descritas, por exemplo, nas Patentes n° U.S. 5.272.718; n° U.S. 5.310.165; n° U.S. 5.348.566; e n° U.S. 5.769.151, Uma CIG inclui geralmente um recipiente de produto fundido para receber o material fundido. O recipiente de produto fundido inclui uma parede de fundo que contém uma abertura. Uma região de transferência da CIG é configurada para incluir uma passagem (a qual pode ser, por exemplo, geralmente em formato de funil) construída para receber o material fundido a partir da abertura no recipiente de produto fundido. Num projeto convencional de uma CIG, a parede da passagem em formato de funil é definida por vários segmentos metálicos arrefecidos com fluido, e os segmentos arrefecidos com fluido definem um contorno interno da passagem que pode diminuir geralmente em área de corte transversal a partir de uma extremidade de entrada para uma extremidade de saída da região. Uma ou mais bobinas eletricamente condutivas são associadas à parede da passagem em formato de funil, e uma fonte de corrente elétrica está em conexão elétrica seletiva com as bobinas condutivas. Durante o tempo em que o material fundido flui do recipiente de produto fundido da CIG através da passagem da CIG, a corrente elétrica é passada através das bobinas condutivas numa intensidade suficiente para aquecer de modo indutivo o material fundido e manter a mesma em forma fundida.

Uma porção do material fundido faz contacto com a parede arrefecida da passagem em formato de funil da CIG e pode solidificar para formar uma crosta que isola o restante do material fundido que flui através da CIG a partir do contacto com a parede. 0 arrefecimento da parede e da formação da crosta garante que o material fundido que passa através da CIG não é contaminado pelos metais ou outros constituintes a partir dos quais as paredes internas da CIG são formadas. Conforme revelado, por exemplo, na Patente n° U.S. 5.649.992, as espessuras da crosta numa região da porção em formato de funil da CIG podem ser controladas ajustando-se apropriadamente a temperatura do fluido refrigerante, a taxa de fluxo do fluido refrigerante, e/ou a intensidade da corrente nas bobinas de indução para controlar ou fechar inteiramente o fluxo do produto fundido através da CIG; à medida que as espessuras da crosta aumentam, o fluxo através da região de transferência é reduzido de modo correspondente. Embora um aparelho de CIG possa ser fornecido em várias formas, cada um inclui tipicamente: (1) uma passagem que utiliza a gravidade para guiar um produto fundido; (2) meios de arrefecimento em pelo menos uma região da parede para promover a formação de crosta na parede; e (3) bobinas eletricamente condutivas associadas a pelo menos uma porção da passagem, para aquecer de modo indutivo o material fundido dentro da passagem.

Com referência à Figura 13, a câmara a vácuo 1310 circunda uma montagem de fusão de ESR/CIG, uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1312, e um coletor (não mostrado). A fonte produto fundido ESR/CIG inclui um elétrodo consumivel 1314 da liga desejada e um cadinho de cobre arrefecido com água 1316. Uma escória fundida aquecida 1318 atua para fundir o elétrodo 1314 para formar um poço de liga fundida 1320. A liga fundida a partir do poço fundido 132 0 flui através do bocal de CIG 1324, na forma de uma corrente fundida e/ou uma série de gotículas 1322, e passa para a montagem de atomização 1312. As partículas atomizadas de liga fundida produzidas pela montagem de atomização 1312 passam através e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos produzidos por uma montagem de produção de campo (não mostrado), solidificam, impactam num coletor ou uma peça de trabalho em desenvolvimento (não mostrado), se ligam de modo metalúrgico juntas, e formam uma pré-forma sólida.

Os conjuntos de procedimentos alternativos para fusão matéria-prima numa montagem de fusão de um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida incluem, mas sem limitação, fusão por indução, fusão a arco de plasma, e semelhantes. Por exemplo, na fusão por indução, um condutor elétrico primário bobinado pode circundar uma barra de material de alimentação metálico. Passando-se a corrente elétrica através do condutor primário, uma corrente elétrica secundária é induzida dentro da barra através de indução eletromagnética. A corrente secundária aquece a barra até uma temperatura maior que sua temperatura de fusão.

As Figuras 14 a 17 ilustram várias formas de realização não limitantes de sistemas e aparelho configurados para realizar um processo de formação por aspersão sólida. A Figura 14 ilustra esquematicamente as partículas de liga atomizadas e solidificadas impactadas e ligadas de modo metalúrgico a uma peça de trabalho em desenvolvimento para formar uma pré-forma sólida. Uma câmara a vácuo 1410 envolve uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1412. Uma série de gotículas de liga fundida 1414 produzida por uma montagem de fusão (não mostrado) , a qual pode ser, por exemplo, uma das várias montagens de fusão discutidas acima, passa para a montagem de atomização 1412. A montagem de atomização 1412 produz partículas atomizadas de liga 1416, as quais passam através, interage com, e são influenciadas pelo campo (ou campos) eletromagnético e/ou eletrostático 1413 produzido pela bobina eletromagnética 1417 (mostrada dividida) de uma montagem de produção de campo. A bobina 1417 é posicionada para produzir o campo (ou campos) na região 1418 a jusante da montagem de atomização 1412. As partículas atomizadas de liga 1416 solidificam enquanto percorrem a partir da montagem de atomização 1412, impactam, e se ligam de modo metalúrgico à peça de trabalho em desenvolvimento para formar uma pré-forrna sólida. A Figura 15 ilustra esquematicamente a produção de um lingote formado por aspersão sólida a partir de uma liga atomizada, fundida e solidificada produzida por atomização por feixe de eletrões. A câmara a vácuo 1510 envolve uma montagem de fusão (não mostrado) e uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1512. A montagem de fusão pode ser, por exemplo, uma de entre as várias montagens de fusão discutidas acima. As gotículas de liga fundida 1514 produzidas pela montagem de fusão (não mostrado) passam na montagem de atomização 1512. As gotículas de liga fundida 1514 são atomizadas dentro da montagem de atomização 1512 para formar uma aspersão de partículas atomizadas de liga 1516 .

As partículas atomizadas de liga 1516 passam através, interagem com, e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos (não indicado) produzidos por placas 1518 de uma montagem de produção de campo. As placas 1518 são conectadas a uma fonte de potência (não mostrado) por fios 1520 que passam através das paredes da câmara 1510. As partículas atomizadas de liga 1516 solidificam e são impactadas numa placa de coletor giratório 1524 sob influência do campo (ou campos) produzido pela montagem de produção de campo para formar uma pré-forma sólida 1525. A placa de coletor giratório 1524 pode ser retirada de modo descendente numa taxa que mantém a interface de deposição numa distância substancialmente constante da montagem de atomização. Para aprimorar o rendimento e melhorar a densidade de deposição, a placa de coletor 1524 pode ser carregada num potencial positivo alto conectando-se a placa 1524 a uma fonte de alimentação (não mostrado) por fios 1526 que passam através da parede da câmara 1510. A Figura 16 ilustra esquematicamente uma forma de realização de um aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida em que as partículas atomizadas de liga fundida são solidificadas e impactam um coletor/peça de trabalho numa primeira câmara do aparelho. A câmara a vácuo 1610 envolve uma montagem de fusão (não mostrado) e uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1612. A montagem de fusão pode ser, por exemplo, uma de entre as várias montagens de fusão discutidas acima. Uma série de gotículas de liga fundida 1614 produzidas pela montagem de fusão (não mostrado) passa na montagem de atomização 1612. As gotículas de liga fundida 1614 são atomizadas dentro da montagem de atomização 1612 para formar partículas de liga 1616. As partículas de liga 1616 passam através, interage com, e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos 1618 produzidos pela bobina eletromagnética 1620 (mostrada dividida) de uma montagem de produção de campo. As partículas atomizadas 1616 solidificam e são direcionadas a um coletor na forma de um recipiente 1621 sob influência do campo 1618.

As partículas de liga sólidas impactam uma peça de trabalho 1625 que se forma no recipiente 1621, deformam, e se ligam de modo metalúrgico à peça de trabalho 162 5 para formar uma pré-forma sólida. Quando a pré-forma sólida é formada, a mesma pode ser transferida para uma câmara 1626, a qual pode ser vedada por trava a vácuo 1628. 0 recipiente 1621 e a pré-forma podem ser libertadas para a atmosfera por meio de uma segunda trava a vácuo 1630 para processamento termodinâmico de acordo com conjuntos de procedimentos conhecidos. Opcionalmente, o aparelho da Figura 16 pode incluir um dispositivo de transferência de calor, tal como é geralmente descrito acima, configurado para remover o calor das partículas atomizadas de liga fundida para formar partículas de liga sólidas. Igualmente, opcionalmente, o recipiente 1621 pode ser eletricamente conectado a uma fonte de alimentação 1624 por fio 1622 e ser mantido em potencial positivo enquanto as partículas sólidas negativamente carregadas 1616 estão em impacto no recipiente 1621. 0 fio 1622 pode ser desconectado remotamente do recipiente 1621 antes do recipiente ser movido para a câmara 1626. A Figura 17 ilustra esquematicamente uma forma de realização não limitante de um aparelho ou sistema 1700 configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. Na Figura 17, um artigo formado por aspersão sólida é produzido num molde aspergindo-se partículas de liga sólidas produzidas solidificando-se partículas de liga fundida fornecidas por atomização por feixe de eletrões. A câmara a vácuo 1710 envolve elementos que incluem uma montagem de fusão (não mostrado) e uma montagem de atomização por feixe de eletrões 1712. A montagem de fusão pode ser, por exemplo, uma de entre as várias montagens de fusão discutidas acima. Uma série de gotículas de liga fundida 1714 produzidas pela montagem de fusão ) passa na montagem de atomização 1712. As gotículas de liga fundida 1714 são atomizadas dentro da montagem de atomização 1712 para formar uma aspersão de partículas atomizadas de liga 1716. As partículas atomizadas de liga 1716 passam através, interage com, e são influenciadas por um ou mais campos eletromagnéticos e/ou eletrostáticos 1718 produzidos pela bobina eletricamente energizada 1720 (mostrada dividida) de uma montagem de produção de campo. 0 material atomizado 1716 solidifica e é direcionado ao molde 1724 sob influência do campo 1718 produzido pela montagem de produção de campo, e o artigo formado por aspersão sólida resultante 1730 é retirado do molde 1724 por movimento descendente da base de molde (não mostrado). Opcionalmente, a base de molde pode ser configurada para girar ou realizar translação de outro modo.

Numa forma de realização não limitante alternativa de aparelho 1700 mostrada na Figura 17A, as fontes de alimentação 1732 são fornecidas e criam uma diferença de potencial de modo a formar um plasma de não equilíbrio entre os elétrodos 1734. 0 calor é conduzido pelo plasma a partir das partículas de liga de solidificação e/ou da superfície do artigo sólido 1730 para os elétrodos 1734, os quais são arrefecidos com um líquido dielétrico que circula através de trocadores de calor 1736 e elétrodos 1734. A Figura 18 ilustra uma forma de realização não limitante de um processo de formação por aspersão sólida que pode ser realizada com utilização dos sistemas e aparelho descritos no presente documento. Uma matéria-prima de liga 1801 é fundida numa etapa de fusão 1805 para produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida. A etapa de fusão 1805 pode incluir múltiplas subetapas de fusão sucessiva, refinação, e refusão. Por exemplo, a matéria-prima de liga pode compreender fontes de resíduo, esponja, recicladas, e/ou virgens de metal-base e elementos de liga, conforme aplicável, as quais são fundidas até formar um produto fundido inicial. 0 produto fundido inicial pode ser produzido com utilização de VAR, fusão a arco de plasma, fusão por feixe de eletrões, ou qualquer outro conjunto de procedimentos de fusão adequado. A química de produto fundido inicial pode ser analisada e modificada conforme necessário para alcançar uma química predeterminada. Uma vez que a química de produto fundido necessária é alcançada, o produto fundido pode ser fundido num elétrodo consumível para operações de refinação e/ou refusão adicionais ou utilizado para produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida. Em várias formas de realização, a matéria-prima de liga pode compreender um elétrodo consumível ou outro artigo consumível de liga química aceitável que é fundida para produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida.

Conforme notado acima, conforme utilizado no presente documento, o termo "liga" refere-se tanto a metais puros quanto a ligas e inclui, por exemplo, ferro, cobalto, níquel, alumínio, titânio, niõbio, zircónio, e ligas à base de qualquer um desses metais, como aços inoxidáveis, superligas à base de níquel, superligas à base de cobalto, aluminetos de titânio, ligas de níquel-titânio, e semelhantes. Exemplos não limitantes de superligas à base de níquel que podem ser processadas de acordo com formas de realização descritas no presente documento incluem, mas sem limitação, a liga IN 100 (UNS 13100) , a liga Rene 88™, a Liga 720, a Liga 718 (UNS N07718) , e a liga 718Plus™ (UNS N07818) (disponível a partir de ATI Allvac, Monroe, Carolina do Norte, E.U.A.), Exemplos não limitantes de ligas de titânio que podem ser processadas de acordo com formas de realização descritas no presente documento incluem, mas sem limitação, a liga TÍ-6A1-4V, liga T-17, liga Ti-5-5-5-3, ligas de Ti-Ni, e ligas de Ti-Al.

Pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida é atomizado na etapa 1810 com utilização de atomização por feixe de eletrões. Durante a etapa 1810, eletrões produzidos a partir de uma fonte de eletrões, como, por exemplo, um emissor de feixe de eletrões termoiónico e/ou um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio, são chocados na pelo menos uma de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida. Os eletrões em choque carregam de modo rápido e eletrostático a corrente de liga fundida e/ou a série de gotículas de liga fundida até as forças de repulsão eletrostática excederem a tensão de superfície da liga fundida e quebrar fisicamente a corrente e/ou gotículas em partículas de liga fundida menores, atomizando, assim, a liga fundida. Os eletrões em choque também produzem partículas atomizadas eletricamente carregadas de liga fundida. 0 tamanho e a carga das partículas atomizadas de liga fundida podem ser controlados, por exemplo, controlando-se o tamanho, formato, e a densidade do campo de eletrões que se chocam na liga fundida.

As partículas atomizadas e eletricamente carregadas de liga fundida são aceleradas na etapa 1815 através da interação com pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético. Em várias formas de realização, um campo eletrostático estabelecido entre uma montagem de atomização e um coletor interage com as partículas atomizadas e eletricamente carregadas e partículas de liga para acelerar as partículas distantes da montagem de atomização e em direção a um coletor. A magnitude da aceleração pode ser controlada, por exemplo, controlando-se a magnitude de uma diferença de voltagem entre uma montagem de atomização e um coletor, os quais afetam diretamente a intensidade de campo eletrostático.

As partículas de liga fundida de aceleração são solidificadas na etapa 1820 ao arrefecer as partículas de liga fundida até uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação da liga. Como utilizado no presente documento, o termo "temperatura de solidificação" refere-se à temperatura máxima de uma liga na qual a liga está num estado completamente sólido. Em contraste, a "temperatura de liquidificação" de uma liga é a temperatura máxima na qual os cristais sólidos da liga coexistem em equilíbrio termodinâmico com a liga líquida. Em temperaturas acima da temperatura de liquidificação, uma liga é completamente líquida, e em temperaturas iguais ou abaixo da temperatura de solidificação, uma liga é completamente sólida. Em temperaturas maiores que a temperatura sólida e até e incluindo a temperatura de liquidificação, uma liga existe num estado de duas fases. 0 arrefecimento das partículas de liga de aceleração até uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação da liga garante que a liga muda do estado fundido até o estado sólido antes de fazer contacto com um coletor. Por exemplo, a Liga 718, uma superliga à base de níquel, tem uma temperatura de liquidificação de aproximadamente 1.358 °C, e uma temperatura de solidificação de aproximadamente 1.214 °C. Veja-se Wei-Di Cao, "Solidification and solid state phase transformation of Allvac® 718Plus™ alloy", Journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2005. Como tal, em formas de realização não limitantes em que a Liga 718 é formada por aspersão sólida, as partículas de Liga 718 fundidas em aceleração podem ser arrefecidas a uma temperatura não maior que 1.214 °C para solidificar as partículas antes de fazer contacto com um coletor.

Em várias formas de realização, partículas de liga fundida de aceleração são arrefecidas até uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação (Ts) da liga e maior que 0,50 vezes a temperatura de solidificação (0,50*TS) . arrefecer partículas de liga fundida até uma temperatura na faixa de 0,50*TS até Ts pode garantir que as partículas são substancialmente solidificadas, mas são suficientemente macias para deformar mediante impacto com um substrato e se ligar de modo metalúrgico no estado sólido (isto é, solda de estado sólido) para formar uma pré-forma sólida unitária e monolítica. Por exemplo, a resistência fundamental, 2% de limite de elasticidade, e a dureza da Liga 718 diminuem (isto é, a liga torna-se macia) numa taxa mais alta em temperaturas acima de aproximadamente 600 °C, as quais são aproximadamente 0,50 vezes a temperatura de solidificação da liga.

Em várias formas de realização, partículas de liga fundida de aceleração são arrefecidas até uma temperatura na faixa de 0,50*TS a Ts, ou qualquer sub-faixa integrada na mesma, como, por exemplo, 0,50*TS a 0,99*TS, 0,50*TS a 0,95*Ts, 0,60*TS a 0,95*TS, 0,70*TS a 0,95*TS, 0,80*TS a 0,95*TS, ou 0,90*TS a 0,99*TS.

Em várias formas de realização, a distância entre uma montagem de atomização e um coletor, através do qual as partículas de liga fundida são aceleradas, é predeterminada de modo que as partículas de liga fundida percam energia de calor suficiente através de condução, convenção, e/ou radiação para solidificar as partículas antes de fazer contacto com um coletor. Em várias formas de realização, um plasma de não equilíbrio é produzido na trajetória de partículas de liga fundida de aceleração para transferir de modo ativo a energia de calor a partir das partículas fundidas para solidificar as partículas antes de fazer contacto com um coletor.

Em várias formas de realização, as partículas de liga fundida de aceleração percorrem através de uma zona de controlo térmico num aparelho ou sistema configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida. Uma zona de controlo térmico pode compreender dispositivos de transferência de calor para remover ativamente o calor das partículas de liga ou aumentar a taxa de perda de calor por meio de condução, convenção, e/ou radiação para o ambiente circundante na zona de controlo térmico. Por exemplo, uma zona de controlo térmico pode compreender dispositivos, como bobinas de arrefecimento para manter uma temperatura subambiente na zona de controlo térmico, a qual estabelece um diferencial de temperatura maior entre as partículas de liga fundida e o ambiente circundante. Uma temperatura diferencial maior pode se correlacionar com uma taxa mais alta de perda de calor a partir das partículas de liga fundida, as quais permitem uma solidificação mais eficaz e/ou eficiente antes de fazer contacto com um coletor.

As partículas de liga sólidas são impactadas num substrato na etapa 1825 para formar por aspersão sólida uma pré-forma de liga 1830. Em várias formas de realização, o substrato pode compreender um coletor como, por exemplo, uma chapa, um cilindro, um mandril, um recipiente, uma câmara, um molde, ou outra superfície. Em várias formas de realização, o substrato pode compreender uma peça de trabalho ou pré-forma em desenvolvimento que foi formada a partir de partículas de liga sólidas que impactaram numa superfície de coletor inicial. Dessa maneira, as partículas de impacto de liga sólidas adicional desenvolvem a peça de trabalho e formam a pré-forma.

Em várias formas de realização, as partículas de liga sólidas impactam um substrato após serem arrefecidas até uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação da liga, como, por exemplo, uma temperatura na faixa de 0,50*TS a Ts, ou qualquer sub-faixa integrada na mesma. As partículas de liga solidas de impacto que tem uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação da liga, por exemplo, uma temperatura na faixa de 0,50*TS a Ts, podem garantir que as partículas são substancialmente solidificadas, mas são suficientemente macias para deformar mediante impacto com o substrato e se ligar de modo metalúrgico no estado sólido (isto é, solda de estado sólido) para formar uma pré-forma sólida unitária e monolítica.

Em várias formas de realização, o coletor inicial pode compreender um artigo sólido formado a partir da mesma ou de uma liga semelhante à liga que forma as partículas atomizadas e solidificadas. Isso pode garantir que as partículas de impacto de liga sólidas sejam compatíveis de modo metalúrgico com o coletor inicial de modo que as partículas de liga sólidas se liguem de modo metalúrgico (isto é, solda de estado sólido) ao substrato, e entre si, para formar uma pré-forma unitária e monolítica. Em várias formas de realização, o material que forma o coletor inicial pode ser removido de uma pré-forma de liga formada por aspersão sólida por corte, esmerilhamento, ou semelhantes.

As Figuras 19A a 19F ilustram coletivamente uma forma de realização não limitante de um processo de formação por aspersão sólida e o sistema 1900. Com referência à Figura 19A, um aparelho de fusão de liga 1910 produz uma série de gotículas 1915 de liga fundida, contudo, é entendido que o aparelho de fusão de liga 1910 pode produzir uma corrente de liga fundida e/ou uma série de gotículas de liga fundida. Um aparelho de atomização 1920 produz um campo de eletrões 1925 que faz interseção com a traj etória das gotículas de liga fundida 1915 que percorrem através do sistema de formação por aspersão sólida 1900 a partir do aparelho de fusão 1910 em direção a um substrato 1930.

Com referência à Figura 19B, os eletrões que compreendem o campo de eletrões 1925 se chocam nas gotículas de liga fundida 1915 e carregam de modo eletrostático e rápido as gotículas 1915 além do limite de Rayleigh e as gotículas se atomizam em partículas de liga fundida menores 1935. As partículas atomizadas de liga fundida 1935 têm um carga elétrica negativa devido aos eletrões em choque. As partículas atomizadas de liga fundida 1935 podem ser formadas por um efeito em cascata no qual as gotículas de liga fundida 1915 se quebram em partículas menores, as partículas menores são recarregadas até o potencial negativo ao chocar eletrões e se quebram em partículas ainda menores, e o processo se repete durante o tempo no qual os eletrões são adicionados às partículas atomizadas sucessivamente menores. Alternativamente, ou além disso, as partículas atomizadas de liga fundida 1935 podem ser sequencialmente removidas da superfície das gotículas de liga fundida 1915. Independentemente do mecanismo de atomização física, a gotícula de liga fundida 1915 é exposta ao campo de eletrões de choque 1925 durante um tempo suficiente de modo que a carga negativa suficiente se acumule e rompa a liga em partículas atomizadas de liga fundida 1935.

Com referência à Figura 19C, as partículas de liga fundida atomizadas e eletricamente carregadas 1935 são aceleradas com pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético 1940. O campo 1940 é configurado para controlar a aceleração, a velocidade, e/ou a direção das partículas de liga fundida atomizadas e eletricamente carregadas 1935 de modo que as partículas percorram através do sistema de formação por aspersão sólida 1900 a partir do aparelho de atomização 1920 em direção ao substrato 1930 de maneira controlada.

Com referência à Figura 19D, as partículas de liga fundida atomizadas e eletricamente carregadas 1935 são arrefecidas até uma temperatura não maior que a temperatura de solidificação da liga de modo que as partículas de liga fundida 1935 solidifiquem enquanto aceleram e formam partículas de liga sólidas 1945. As partículas de liga 1935/1945 são arrefecidas e solidificadas antes de fazer contacto com um substrato 1930. A Figura 19D mostra uma zona de controlo térmico que compreende uma bobina de arrefecimento 1950. Um fluido refrigerante flui através da bobina de arrefecimento para manter uma temperatura mais baixa na zona de controlo térmico, a qual estabelece um diferencial de temperatura maior entre as partículas de liga fundida 1935 e o ambiente circundante. Uma temperatura diferencial maior pode se correlacionar com uma taxa mais alta de perda de calor a partir das partículas de liga fundida 1935, o que permite a solidificação mais eficaz e/ou eficiente em partículas de liga sólidas 1945 antes de fazer contacto com o substrato 1930. É entendido, contudo, que meios de arrefecimento diferentes podem ser utilizados numa zona de controlo térmico no sistema de formação por aspersão sólida 1900. Por exemplo, uma montagem de produção de plasma de não equilíbrio (não mostrado), conforme descrito no presente documento, pode ser utilizada para arrefecer e solidificar as partículas de liga fundida 1935. Alternativamente, ou além disso, a distância (d) entre o aparelho de atomização 1920 e o substrato 1930 pode ser configurada com tamanhos de partícula atomizada controlada e aceleração de partícula controlada para realizar a solidificação sem aquecimento ou arrefecimento variável numa zona de controlo térmico.

Com referência à Figura 19E, as partículas de liga sólidas 1945 impactam no substrato 1930, o qual compreende um coletor que tem uma polaridade elétrica positiva, conforme descrito no presente documento. As partículas de impacto de liga sólidas 1945 se deformam e se ligam de modo metalúrgico ao substrato 1930 e produzem uma peça de trabalho em desenvolvimento 1955. Com referência à Figura 19F, as partículas de liga sólidas 1945 continuam a impactar no substrato 1930, as quais compreendem desenvolver a peça de trabalho 1955, deformar e se ligar de modo metalúrgico ao substrato 1930 e entre si para formar uma pré-forma de liga sólida unitária e monolítica.

Um ou mais de entre os vários componentes do sistema de formação por aspersão sólida 1900 mostrados nas Figuras 19A a 19F podem ser envolvidos num vaso a vácuo ou múltiplos vasos a vácuo conectados de modo operacional. Em várias formas de realização não limitantes, uma diferença de voltagem grande pode ser estabelecida entre um substrato positivamente polarizado e um aparelho de atomização negativamente polarizado, o que pode facilitar a aceleração de partículas atomizadas de liga fundida e as partículas de liga sólidas arrefecidas. A magnitude da diferença de voltagem pode se correlacionar à aceleração resultante e à velocidade de impacto das partículas de liga.

Em várias formas de realização, a temperatura das partículas de liga sólidas em impacto e a velocidade de impacto das partículas de liga sólidas são parâmetros de operação importantes que afetam a peça de trabalho/pré-forma em desenvolvimento. 0 controlo desses parâmetros de operação pode ser cumprido controlando-se o tamanho de partícula atomizada, a voltagem de aceleração eletrostática, a distância entre aparelho de atomização e substrato, e/ou aquecimento ou arrefecimento variável da zona de controlo térmico entre o aparelho de atomização e o substrato.

Além disso, aspetos da operação de fusão de liga inicial podem apresentar várias desvantagens para um processo de formação geral por aspersão sólida. Uma operação de fusão de liga inicial envolve preparar uma carga de materiais adequados e, então, fundir a carga. A carga fundida ou "produto fundido" pode, então, ser refinado e/ou tratado para modificar a química de produto fundido e/ou remover componentes indesejáveis do produto fundido. Os fornos de fusão podem ser potencializados por meios que incluem eletricidade e a combustão de combustíveis fósseis, e a seleção de um aparelho adequado é grandemente influenciada pelos custos relativos e regulações ambientais aplicáveis, assim como pela identidade do material em preparo. As classes gerais de conjuntos de procedimentos de fusão incluem, por exemplo, fusão por indução (incluindo fusão por indução a vácuo), fusão a arco (incluindo fusão de crosta por arco a vácuo) , fusão em cadinho, e fusão por feixe de eletrões.

Os produtos fundidos produzidos em fornos revestidos com cerâmica podem se tornar contaminados com óxidos. Vários conjuntos de procedimentos de fusão foram desenvolvidos, em que empregam um ambiente a vácuo e não utilizam um forno revestido com cerâmica. Esses conjuntos de procedimentos resultam significativamente em menos contaminação por óxido no produto fundido em relação à formação do produto fundido num forno revestido com cerâmica convencional. Exemplos de tais conjuntos de procedimentos incluem, por exemplo, fusão por feixe de eletrões (EB), refusão a arco sob vácuo (VAR), refusão por elétrodo duplo a vácuo (VADER), e refinação/refusão por eletroescória (ESR). Os conjuntos de procedimentos VAR, VADER, e ESR são descritos, por exemplo, nas Patentes n° U.S. 4.261.412; n° U.S. 5.325.906; e n° U.S. 5.348.566 . A fusão por feixe de eletrões envolve utilizar canhões de feixes de eletrões termoiónicos para produzir energia alta, correntes substancialmente lineares de eletrões que são utilizados para aquecer os materiais-alvo. Os canhões de feixes de eletrões termoiónicos operam passando-se a corrente para um filamento, aquecendo, assim, o filamento até temperatura alta e "evaporando" eletrões do filamento. Os eletrões produzidos a partir do filamento são, então, focados e acelerados em direção ao alvo na forma de um feixe de eletrões substancialmente linear muito estreito (quase bidimensional) . Um tipo de um canhão de feixe de eletrões de plasma iónico também foi utilizado para preparar produtos fundidos de liga. Especificamente, um canhão de feixe de eletrões de "descarga luminescente" descrito em V.A. Chernov, "Powerful High-Voltage Glow Discharge Electron Gun and Power Unit on Its Base, " 1994

Intern. Conf. on Electron Beam Melting (Reno, Nevada), páginas 259 a 267, foi incorporado em certos fornos de fusão disponíveis a partir de Antares, Kiev, Ucrânia. Tais dispositivos operam produzindo-se um plasma frio que inclui catiões que bombardeiam um cátodo e produzem eletrões que são focados para formar um feixe de eletrões linear substancialmente bidimensional.

Os feixes de eletrões substancialmente lineares produzidos pelos tipos supracitados de canhões de feixes de eletrões podem ser direcionados a uma câmara de fusão evacuada de um forno de fusão por feixe de eletrões e chocados nos materiais a serem fundidos e/ou mantidos num estado fundido. A condução de eletrões através dos materiais eletricamente condutivos aquece os mesmos rapidamente até uma temperatura em excesso da temperatura de fusão particular. Visto que a energia alta dos feixes de eletrões substancialmente lineares podem ser, por exemplo, de cerca de 100 kW/cm2, os canhões de feixes de eletrões lineares são fontes de calor de temperatura muito alta e podem exceder prontamente as temperaturas de fusão e, em alguns casos, as temperaturas de vaporização dos materiais nos quais os feixes substancialmente lineares se chocam. Com utilização de deflexão magnética ou meios direcionais semelhantes, os feixes de eletrões substancialmente lineares podem ser varridos em frequência alta através de materiais-alvo dentro de uma câmara de fusão, o que permite que o feixe seja direcionado através de uma área ampla e através de alvos que têm formatos múltiplos e complexos.

Um conjunto de procedimentos de fusão eletrónica a frio na soleira pode ser utilizado nos processos de formação por aspersão sólida, sistemas, e aparelho descritos no presente documento. A matéria-prima pode ser fundida por gotejamento ao chocar um feixe de eletrões substancialmente linear numa extremidade de uma barra de matéria-prima. A matéria-prima fundida goteja numa região de extremidade de uma soleira de cobre arrefecida com água, que forma uma crosta protetora. À medida que o material fundido é recolhido na soleira, o mesmo transborda e cai por gravidade numa montagem de atomização. Durante o tempo de permanência do material de liga fundida dentro da soleira, feixes de eletrões substancialmente lineares podem ser rapidamente varridos através da superfície do material, retendo o mesmo numa forma fundida. Isso também tem os efeitos de desgaseificação e refinamento do material de liga fundida através da evaporação de componentes de pressão de vapor alta. A soleira também pode ser dimensionada para promover separação por gravidade entre inclusões sólidas de densidade alta e densidade baixa, no caso em que óxido e outras inclusões de densidade relativamente baixa permanecem no metal fundido durante um tempo suficiente para permitir a dissolução, enquanto as partículas de densidade alta afundem até o fundo e sejam retidas na crosta.

Os conjuntos de procedimentos de fusão que são adequados para utilização nos processos de formação por aspersão sólida, sistemas, e aparelho descritos no presente documento também incluem conjuntos de procedimentos de fusão eletrónica a frio na soleira que incorporam emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio. Esses conjuntos de procedimentos são descritos, por exemplo, na

Patente n° U.S. 7.803.211 e nas Publicações de Patente n° U.S. 2008/0237200 e n° U.S. 2010/0012629.

Como utilizado no presente documento, o termo "emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio" refere-se a um aparelho que produz um campo tridimensional relativamente amplo de eletrões ao chocar iões positivamente carregados num cátodo e libertando, assim, eletrões a partir do cátodo. 0 feixe de eletrões produzido por um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio não é um feixe bidimensional, mas, em vez disso, é um campo tridimensional ou "sobrecarga" de eletrões que, quando se choca com o alvo, cobre uma região de superfície bidimensional no alvo que é muito grande em relação ao ponto pequeno coberto ao chocar um feixe de eletrões substancialmente linear com o alvo. Como tal, o campo de eletrões produzido por emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio é chamado, no presente documento, de um campo de eletrões de "área ampla", com referência ao ponto relativamente menor de contacto produzido por canhões de eletrões convencionais utilizados nos fornos de fusão por feixe de eletrões. Os emissores de eletrões de plasma de ião de descarga por fio que foram utilizados para aplicações não relacionadas são chamados, de modo variado, por exemplo, de canhões ou emissores de "eletrão de plasma iónico por fio (WIP)", canhões ou emissores de "eletrão WIP" e, confusamente, de certo modo, de "emissores de feixe de eletrões linear" (com referência à natureza linear do elétrodo (ou elétrodos) de fio de produção de plasma em várias formas de realização dos dispositivos).

Os emissores de eletrões de plasma de ião de descarga por fio estão disponíveis numa variedade de projetos, mas todos os tais emissores compartilham certos atributos de projeto fundamentais. Cada tal emissor inclui um plasma ou região de ionização que inclui uma fonte de ião positivo na forma de um ânodo de fio esticado para produzir plasma que inclui catiões, e um cátodo que é separado e posicionado para intercetar iões positivos gerados pelo fio. Uma voltagem negativa grande é aplicada ao cátodo, o que faz com que uma fração dos iões positivos no plasma gerado pela fonte de ião positivo de fio seja acelerada e colida com a superfície de cátodo de modo que os eletrões secundários sejam emitidos do cátodo (os eletrões "primários" presentes dentro do plasma juntamente com os iões positivos). Os eletrões secundários produzidos a partir da superfície de cátodo formam um campo de eletrões que tem tipicamente o formato tridimensional do plasma de ião positivo que impacta o cátodo. Os eletrões secundários são, então, acelerados a partir da adjacência do cátodo de volta ao ânodo, que experimentam algumas colisões no processo de passagem através do gás de pressão baixa dentro do emissor.

Configurando-se de modo apropriado os vários componentes de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio, um campo amplo de eletrões secundários energéticos pode ser formado no cátodo e acelerado a partir do emissor e em direção a um alvo. A Figura 20 é uma representação simplificada de componentes de um emissor de eletrão de ião de plasma de descarga por fio, em que uma corrente é aplicada a um ânodo de fio fino 12 para gerar plasma 14. Os iões positivos 16 dentro do plasma 14 aceleram e colidem com o cátodo negativamente carregado 18, libertando uma nuvem de eletrões secundários de área ampla 20, a qual é acelerada na direção de ânodo 12 por ação do campo elétrico entre os elétrodos e em direção ao alvo.

Em várias formas de realização não limitantes, um sistema ou aparelho configurado para realizar um processo de formação por aspersão sólida pode compreender uma montagem de fusão para fundir uma liga que inclui uma câmara regulada por pressão (câmara de fusão) e uma soleira disposta na câmara de fusão e configurada para reter a liga fundida. Pelo menos um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio pode ser disposto em ou adjacente à câmara de fusão e pode ser posicionado para direcionar um campo de área ampla tridimensional de eletrões gerado pelo emissor na câmara. 0 emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio produz um campo tridimensional de eletrões que tem energia suficiente para aquecer a liga eletricamente condutiva até a sua temperatura de fusão.

Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de atomização é configurada para receber pelo menos um de entre uma corrente e uma série de gotículas de liga fundida a partir da soleira. A montagem de fusão pode ser utilizada para fundir qualquer liga que possa ser fundida com utilização de um forno de fusão por feixe de eletrões convencional, como, por exemplo, ligas à base de alumínio, tântalo, titânio, tungsténio, nióbio, zircónio, níquel, ferro e cobalto. Em várias formas de realização não limitantes, uma montagem de fusão é configurada para fundir uma carga que compreende materiais que fazem a química de superligas à base de cobalto ou superligas à base de níquel. Em várias outras formas de realização não limitantes, a montagem de fusão é configurada para fundir um lingote de liga preformada ou outra estrutura, a qual pode ter sido anteriormente produzida e processada por um ou mais de entre VIM, VAR e ESR, por exemplo.

Uma montagem de fusão pode incluir um ou mais alimentadores de material adaptados para introduzir metais eletricamente condutivos ou outros aditivos de liga numa câmara de fusão. Os tipos de alimentadores podem incluir, por exemplo, alimentadores de barra e alimentadores de fio, e o tipo de alimentador selecionado dependerá das exigências de projeto particulares para um forno. Um material alimentador e pelo menos um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio de uma montagem de fusão pode ser configurado de modo que o campo de eletrões emitido pelo emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio se choque pelo menos parcialmente no material introduzido na câmara pelo alimentador. Se o material que é introduzido na câmara de fusão pelo alimentador for eletricamente condutivo, então, o campo de eletrões pode aquecer e fundir o material.

Uma soleira incorporada numa montagem de fusão pode ser selecionada a partir dos vários tipos de soleira conhecidos na especialidade. Por exemplo, uma montagem de fusão pode ser na natureza de um forno de fusão eletrónica a frio na soleira ao incorporar uma soleira fria ou, mais especificamente, por exemplo, uma soleira fria de cobre arrefecida com água na câmara de fusão. Conforme é conhecido por pessoas de perícia comum na especialidade, uma soleira fria inclui meios de arrefecimento que fazem com que o material fundido dentro da soleira congele na superfície de soleira e forme uma camada ou crosta protetora. Como outro exemplo não limitante, uma soleira pode compreender uma soleira "autógena", a qual é uma soleira que é plaqueada com ou fabricada a partir da liga que é fundida no forno, no caso em que a superfície de fundo da soleira também pode ser arrefecida com água para impedir queimadura completa. A soleira particular incluída numa câmara de fusão pode incluir uma região de retenção de material fundido, na qual o material fundido reside durante um certo tempo de permanência antes de passar para um dispositivo de atomização a jusante em comunicação fluida com a câmara de fusão. Uma soleira e pelo menos um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio podem ser posicionados numa montagem de fusão de modo que o campo de eletrões emitido pelo emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio se choque pelo menos parcialmente na região de retenção de material fundido. Dessa maneira, o campo de eletrões pode ser aplicado para manter o material de liga dentro da região de retenção de material fundido num estado fundido.

Em várias formas de realização, uma montagem de fusão inclui uma câmara regulada por pressão de fusão e uma soleira disposta na câmara regulada por pressão de fusão, em que a soleira inclui uma região de retenção de material fundido. A montagem de fusão pode incluir adicionalmente um ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio dispostos em ou adjacentes à câmara regulada por pressão de fusão. A soleira e o pelo menos um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio são posicionados de modo que um campo de eletrões produzido pelo emissor se choque pelo menos parcialmente na região de retenção de material fundido. Uma montagem de atomização em comunicação fluida com a câmara de fusão regulada por pressão pode ser posicionada para receber o material fundido a partir da soleira. Pelo menos um alimentador pode ser incluído no forno e pode ser configurado para introduzir o material na câmara regulada por pressão de fusão numa posição sobre pelo menos uma região da soleira.

Qualquer emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio adequado pode ser utilizado em sistemas e aparelhos configurados para realizar um processo de formação por aspersão sólida. As formas de realização adequadas de emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio são descritas, por exemplo, nas Patentes n° U.S. 4.025.818; n° U.S. 4.642.522; n° U.S. 4.694.222; n° U.S. 4.755.722; e n° U.S. 4.786.844, Os emissores adequados incluem aqueles com capacidade para produzir um campo de eletrões de área ampla tridimensional que pode ser direcionado a uma câmara de fusão de um forno e que aquecerá materiais de alimentação eletricamente condutiva colocados na câmara de fusão até a temperatura desejada. Os emissores adequados também incluem aqueles com capacidade pra produzir um campo de eletrões de área ampla tridimensional que pode ser direcionado a uma câmara de atomização e atomizar o material de liga fundida conforme discutido acima.

Em várias formas de realização não limitantes de um emissor de eletrão de plasma iónico de descarga por fio, o emissor inclui uma região de plasma e uma região de cátodo. A região de plasma inclui pelo menos um ânodo de fio esticado adaptado para produzir um plasma que inclui iões positivos. A região de cátodo inclui um cátodo que é eletricamente conectado a uma fonte de alimentação de voltagem alta adaptada para carregar negativamente o cátodo. No emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio, o elétrodo utilizado para produzir o plasma pode ser um fio ou múltiplos fios posicionados ao longo de um comprimento da região de plasma. Pelo menos uma porção do cátodo impactada pelos iões positivos é composta por um material adequado para gerar eletrões. Várias formas de realização não limitantes do cátodo dispostas na região de cátodo do emissor também podem incluir um inserto, como, por exemplo, um inserto de molibdénio, que tem uma temperatura de fusão alta e uma função de trabalho baixa de modo a facilitar a geração de eletrões. 0 cátodo e o ânodo são posicionados um em relação ao outro de modo que os iões positivos no plasma gerados pelo ânodo de fio acelerem e se choquem no cátodo sob influência do campo elétrico entre os elétrodos, libertando o campo de área ampla de eletrões secundários do cátodo. Várias formas de realização não limitantes de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio incluem pelo menos uma janela transmissiva de eletrão adequadamente, como uma folha de titânio ou alumínio transmissiva de eletrão fina, que abre através de uma parede de uma câmara de fusão e/ou uma câmara de atomização. As janelas transmissivas de eletrão adequadas também podem incluir, por exemplo, janelas que compreendem nitreto de boro ou materiais de carbono (por exemplo, diamante). As janelas transmissivas de eletrão podem compreender adicionalmente os materiais que incluem elementos de número atómico baixo conhecidos geralmente na especialidade como transmissivos aos eletrões. Várias formas de realização não limitantes de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio não incluem uma janela transmissiva eletrão, no caso em que a região de plasma do emissor se comunica de modo fluido com uma câmara de fusão e/ou uma câmara de atomização. Em qualquer caso, um campo de área ampla de eletrões entra numa câmara de fusão e/ou uma câmara de atomização e pode se chocar com o material dentro da câmara (ou câmaras). Em várias formas de realização não limitantes, um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio pode ser varrido para aumentar o volume do campo de área ampla de eletrões produzido pelo emissor.

Se uma janela transmissiva de eletrão separar o interior do emissor de eletrão de uma câmara de fusão ou uma câmara de atomização, então, o campo de eletrões passa através da janela à medida que é projetado a partir do emissor de eletrão para a câmara. Em várias formas de realização não limitantes de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio, uma fonte de alimentação de \foltagem alta eletricamente acoplada ao cátodo potencializa o cátodo até uma voltagem negativa maior que 20.000 volts. A voltagem negativa serve as funções de acelerar os iões positivos no plasma em direção ao cátodo, e também repelir o campo de eletrões secundário do cátodo e em direção ao ânodo.

Uma janela transmissiva de eletrão pode ser necessária se a pressão dentro do emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio diferir significativamente da pressão dentro de uma câmara de fusão e/ou câmara de atomização, no caso em que a janela de folha serve para isolar as duas regiões adjacentes de pressão diferente. Uma vantagem de emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio em relação a emissores de eletrão que contêm não gases, como canhões de feixes de eletrões termoiónicos, é a de que os emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio devem incluir o gãs dentro da região de plasma para servir como a fonte de plasma. Embora os emissores de eletrões de plasma de ião possam operar em pressões de gás muito baixas, tais dispositivos também podem operar de modo eficaz em pressões de gás relativamente altas. A Figura 21 ilustra esquematicamente uma forma de realização não limitante de uma montagem de fusão por feixe de eletrões. A montagem de fusão 2210 inclui a câmara de fusão 2214 pelo menos parcialmente definida pela parede de câmara 2215. Os emissores de eletrões de plasma de ião de descarga por fio 2216 são posicionados fora e adjacentes à câmara 2214. Os emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio 2216 projetam campos de eletrão de área ampla 2218 no interior da câmara 2214. Uma barra de liga 222 0 é introduzida na câmara 2214 por um alimentador de barra 2219. A liga fundida 2226 é produzida ao chocar o campo de área ampla de eletrões 2218 de pelo menos um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio 2216 com a barra de liga 2220. A liga fundida 2226 fundida a partir da barra de liga 2220 cai numa soleira de cobre arrefecida com água 2224 e é residente na soleira 2224 durante um tempo de permanência, em que é aquecida, desgaseificada, e refinada num ou mais de entre os campos de eletrão de área ampla 2218 produzidos pelos emissores 2216. A liga fundida 2226 cai finalmente da soleira 2224 para uma montagem de atomização 2231 em que a liga fundida é atomizada para partículas de liga 2232, as quais são influenciadas por uma montagem de geração de campo 2230, solidificadas, e impactadas num coletor 2233.

Conforme discutido acima, os emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio 2216 da montagem de fusão 2210 são configurados para gerar um campo ou "sobrecarga” de eletrões energéticos que cobrem uma área ampla em relação à cobertura de ponto de um feixe substancialmente linear produzido por um canhão de feixe de eletrões termoiónico. 0 campo de eletrões emissores 2216 espalha eletrões por uma área ampla e se choca nos materiais a serem fundidos e/ou mantidos no estado fundido dentro da montagem de fusão 2210. Igualmente, os emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio (não mostrado) podem estabelecer um campo de área ampla de eletrões na montagem de atomização 2231 que se choca na liga fundida recebida a partir da montagem de fusão 2210 e atomiza a liga fundida.

Conforme notado acima, várias formas de realização não limitantes de emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio incluem geralmente um ou mais ânodos de fio alongados que produzem plasma de ião positivo, em que o plasma se choca com um cátodo para gerar um campo de eletrões secundários que podem ser acelerados para se chocarem com um alvo a ser aquecido. Uma representação esquemática de um projeto de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio é mostrada na Figura 22. O emissor 2310 inclui uma região de ionização ou plasma 2314 na qual um plasma de ião positivo é produzido, e uma região de cátodo 2316 que inclui o cátodo 2318. A região de plasma 2314 é enchida com um gás ionizável em pressão baixa, e o gás é ionizado na região de plasma para produzir o plasma que contém catião. Por exemplo, a região de ionização 2314 pode ser enchida com gás hélio em, por exemplo, aproximadamente 2.666,45 Pa (20 mTorr).

Um diâmetro ânodo de fio esticado pequeno 2319 passa através de um comprimento da câmara de plasma 2314. Uma voltagem positiva é aplicada ao ânodo de fio 2319 pela fonte de alimentação 2322, e isso inicia a ionização do gás hélio num plasma que compreende catiões de hélio e eletrões-livres (os eletrões "primários"). Uma vez que a ionização do gás hélio é iniciada, o plasma é sustentado aplicando-se uma voltagem ao ânodo de fio fino 2319. Os iões de hélio positivamente carregados dentro do plasma são extraídos da câmara de ionização 2314 através de uma grade de extração 2326 mantida num potencial elétrico negativo e acelerada através de um vão de voltagem alta para a região de cátodo 2316, em que os catiões no plasma impactam o cátodo de voltagem negativa alta 2318. 0 cátodo 2318 pode ser, por exemplo, um metal ou liga revestido ou não revestido. 0 choque de iões hélio no cátodo 2318 liberta eletrões secundários do cátodo 2318. 0 vão de voltagem alta 2328 acelera os eletrões secundários numa direção oposta à direção de movimento dos catiões hélio, através da grade de extração 2326 e na câmara de região de plasma 2314, e então através de uma janela de folha metálica fina 2329 feita de material relativamente transparente para eletrões. Conforme notado acima, dependendo das pressões de gás relativas dentro do emissor de eletrão e da câmara de fusão e/ou da câmara de atomização, pode ser possível omitir a janela de folha 232 9, no caso em que os eletrões produzidos pelo emissor entrariam na câmara diretamente. 0 campo de área ampla tridimensional de eletrões energéticos que saem do emissor 2310 pode ser direcionado para se chocar num alvo posicionado oposto à janela de folha 232 9 e dentro de uma câmara de fusão ou uma câmara de atomização.

Um ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio, como, por exemplo, o emissor 2310, pode ser fornecido para abastecer o campo de eletrões numa câmara de fusão de um forno de fusão por feixe de eletrões e/ou numa câmara de atomização de uma montagem de atomização por feixe de eletrões. Conforme mostrado na Figura 6, uma forma de realização não limitante de um aparelho de fusão por feixe de eletrões inclui um ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio 2310 posicionados adjacentes à câmara de fusão 2330. Um campo de eletrões de área ampla 2332 sai do emissor 2310 através de uma janela de filme 2329 e sobrecarrega pelo menos uma região da superfície de uma liga fundida 2334 numa soleira 2336, aquecendo, assim, a liga para manter a mesma num estado fundido. A janela de filme 232 9 pode ser omitida se a pressão diferencial de operação entre o emissor 2310 e a câmara de fusão 2330 não for signif icante. A câmara de fusão 2330 pode ser operada numa pressão mais alta que o convencional a fim de reduzir adicionalmente ou eliminar a vaporização elementar indesejável e, em tal caso, a necessidade por uma janela de filme que divide o emissor de eletrão a partir da câmara de fusão dependerá, novamente, do diferencial de pressão particular utilizado na conf iguração. Opcionalmente, componentes 2340 para controlar de modo eletrostático e/ou eletromagnético o campo de área ampla de eletrões são fornecidos para permitir o controlo melhorado adicional do processo de fusão dentro da câmara de fusão 2330.

Embora a Figura 6 forneça uma vista simplificada de uma forma de realização de um forno de fusão por eletrão de plasma de ião de descarga por fio que inclui um emissor de eletrão único, múltiplos emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio podem ser empregados em várias formas de realização não limitantes. Um ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio podem ser incorporados em tal aparelho para: (1) matérias-primas de produto fundido introduzidas na câmara de fusão, na forma de, por exemplo, um lingote de liga, placa laminada a quente, barra, fio, ou outra carga; e (2) manter a liga fundida residente no forno de soleira a uma temperatura acima da temperatura de fusão de liga (e possivelmente desgaseificar e/ou refinar a liga fundida). Igualmente, em várias formas de realização não limitantes, uma ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio pode ser utilizados juntamente com uma ou mais canhões de feixes de eletrões que produzem feixes de eletrões lineares substancialmente bidimensionais,

As Figuras 24 e 25 fornecem detalhes adicionais de uma forma de realização não limitante de um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio que pode ser configurado para uso como a fonte de eletrões energéticos numa forma de realização de um aparelho de fusão por feixe de eletrões de acordo com a presente divulgação. A Figura 24 é uma vista em perspetiva, parcialmente em seção, de uma forma de realização de emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio. A Figura 25 é um diagrama esquemático que ilustra a operação do emissor 2510 na Figura 24. O emissor 2510 inclui um invólucro eletricamente ligado à terra 2 513, o qual inclui uma região de cátodo 2511, uma ionização ou região de plasma 2514, e uma janela de folha transmissiva de eletrão 2515. Um elétrodo de fio esticado 2516 se estende através de um comprimento da região de ionização 2514. A janela de folha 2515 é eletricamente acoplada à câmara 2513 e forma um ânodo que opera para acelerar os eletrões dentro da câmara 2513, os quais saem da câmara 2513 na direção geral das setas "A". A câmara 2513 é enchida com gás hélio em pressão baixa, como 13,33 Pa (1‘10 mTorr) , e é abastecida com o gás por um abastecimento de gás 2517. 0 abastecimento de gás 2517 é conectado a invólucro 2513 por um conduto 2519, o qual passa através de uma válvula 2521. A regulação de pressão na câmara 2513 é controlada por uma bomba 2523, a qual é conectada a câmara 2513 pelo conduto 2519. A região de cátodo 2511 inclui um cátodo 2518, a qual, por sua vez, inclui um inserto 2520 montado numa superfície inferior do mesmo. O inserto 2520 pode compreender, por exemplo, molibdénio, mas pode compreender qualquer material com um adequadamente coeficiente de emissão de eletrão secundário alto. 0 cátodo 2518 é adequada e uniformemente separado das paredes de invólucro 2513 para impedir a disrupção de Paschen. 0 cátodo 2518 é acoplado a uma fonte de alimentação de voltagem alta 2522 por um cabo 2 525, o qual passa através do isolante 2526 e para o resistor 2528. A fonte de alimentação 2522 alimenta potencial negativo alto, por exemplo, 200 a 300 kV, ao cátodo 2518. 0 cátodo 2518 e o inserto 2520 podem ser adequadamente arrefecidos, como, por exemplo, circulando-se um fluido de arrefecimento através dos condutos 2524. A região de ionização 2514 inclui uma pluralidade de nervuras metálicas finas 2530, as quais são acopladas tanto de modo elétrico quanto mecânico. Cada nervura 2530 inclui uma região de corte central para permitir que um elétrodo de fio 2516 passe através da câmara de ionização 2514. Os lados das nervuras 2530 voltadas para o cátodo 2518 formam uma grade de extração 2534. 0 lado oposto de todas ou uma porção das nervuras 2530 fornece uma grade de sustentação 2536 para uma janela de folha transmissiva de eletrão 2515. Os canais de arrefecimento 2540 podem ser fornecidos para circular um fluido de arrefecimento através e na adjacência de nervuras 2530 para permitir a remoção de calor a partir da região de ionização 2514. A janela de folha transmissiva de eletrão 2515, a qual pode compreender, por exemplo, folha de alumínio ou titânio, é sustentada na grade 2534 e é vedada no invólucro 2513 por um anel em 0 ou outras estruturas suficientes para manter o ambiente de gás hélio a vácuo alto dentro do invólucro 2513. Um dispositivo de controlo elétrico 2548 é conectado ao elétrodo de fio 2516 através de um conector 2549. Na ativação do dispositivo de controlo 2548, o elétrodo de fio 2516 é energizado até um potencial positivo alto, e o hélio dentro da região de ionização 2514 é ionizado para produzir plasma que inclui catiões hélio. Uma vez que o plasma é iniciado na região de ionização 2514, o cátodo 2518 é energizado pela fonte de alimentação 2522. Os catiões de hélio na região de ionização 2514 são eletricamente atraídos para o cátodo 2518 pelo campo elétrico que se estende do cátodo 2518 até a região de plasma 2514. Os catiões hélio percorrem ao longo das linhas de campo, através da grade de extração 2534, e para a região de cátodo 2511.

Na região de cátodo 2511, os catiões hélio aceleram através do potencial completo do campo elétrico gerado pelo cátodo energizado 2518 e se chocam fortemente no cátodo 2518 como um feixe colimado de catiões. Os catiões em impacto libertam eletrões secundários a partir do inserto 2520. 0 campo de eletrões secundário produzido pelo inserto 2520 é acelerado numa direção oposta à direção de percurso dos catiões hélio, em direção ao elétrodo de fio 2516 e através da janela de folha 2515.

Os meios podem ser fornecidos para monitorizar a pressão de gás dentro da câmara 2513, visto que mudanças na pressão podem afetar a densidade do plasma de ião hélio e, por sua vez, a densidade do campo de eletrões secundário gerado no cátodo 2518. Uma pressão inicial pode ser definida dentro do invólucro 2513 ajustando-se apropriadamente a válvula 2521. Uma vez que o plasma que contém catião é iniciado na região de plasma 2514, um monitor de voltagem 2550 pode ser fornecido para monitorizar indiretamente a pressão quiescente instantânea dentro da câmara 2513. Uma elevação na voltagem é indicativa de uma pressão de câmara inferior. 0 sinal de saída do monitor de voltagem 2550 é utilizado para controlar a válvula 2521 através de um controlador de válvula 2552. A corrente alimentada ao elétrodo de fio 2516 pelo dispositivo de controlo 2548 também é controlada pelo sinal do monitor de voltagem 2550. Utilizar o sinal gerado pelo monitor de voltagem 2550 para controlar a válvula de abastecimento de gás 2521 e controlar o dispositivo 2548 permite uma saída de campo de eletrões estável a partir do emissor 2510. A corrente gerada pelo emissor 2510 pode ser determinada pela densidade dos catiões em impacto no cátodo 2518. A densidade dos catiões em impacto no cátodo 2518 pode ser controlada ajustando-se a voltagem no elétrodo de fio 2516 através do dispositivo de controlo 2548. A energia dos eletrões emitida a partir do cátodo 2518 pode ser controlada ajustando-se a voltagem no cátodo 2518 através da fonte de alimentação 2522. Tanto a corrente quanto a energia dos eletrões emitidos pode ser independentemente controlada, e as relações entre esses parâmetros e as tensões aplicadas são lineares, o que torna o controlo do emissor 2510 tanto eficiente quanto eficaz. A Figura 26 é uma ilustração esquemática de uma montagem de fusão por feixe de eletrões 2610 que incorpora dois emissores de eletrões de plasma de ião de descarga por fio 2614 e 2616 que têm um projeto conforme mostrado nas Figuras 24 e 25. A montagem de fusão 2610 inclui uma câmara de fusão 2620, um material alimentador 2622, e é conectada de modo operacional a uma montagem de atomização 2624. A corrente exigida para operação dos emissores 2614 e 2616 é alimentada aos emissores por linhas de potência 2626, e a interface entre os emissores 2614 e 2616 e a câmara de fusão 2620 incluem janelas de folha transmissivas de eletrão 2634 e 2636, que permitem que os campos de eletrão 2638 produzidos pelos emissores 2614 e 2616 entrem na câmara de fusão 2620. Os dispositivos de controlo eletromagnético 2639 para direcionar de modo magnético os campos de eletrão 2638 podem ser incluídos dentro da câmara de fusão 2620 para fornecer controlo de processo adicional.

Uma soleira 2640, a qual pode ser, por exemplo, uma soleira fria, é posicionada na câmara de fusão 2620. Em operação, os emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio 2614 e 2616 são energizados e produzem os campos de eletrão 2618. Um material de alimentação de liga 2644 é introduzido na câmara de fusão 2620 pelo alimentador 2622, é fundido pelo campo de eletrões 2638 emitido a partir do emissor 2614, e cai na soleira 2640. 0 campo de área ampla de eletrões 2638 emitido pelo emissor 2616 aquece, desgaseifica, e refina o material de liga fundida 2642 enquanto reside na soleira 2640. 0 material fundido 2642 avança ao longo da soleira 2640 e cai na montagem de atomização 2624 e é formado por aspersão sólida numa pré-forma sólida. A montagem de atomização 2624 pode compreender um ou mais emissores de feixe de eletrões termoiónicos e/ou um ou mais emissores de eletrão de plasma iónico de descarga por fio.

Esta memória descritiva foi escrita com referência a várias formas de realização não limitantes e não exaustivas. No entanto, será reconhecido por pessoas de perícia comum na especialidade que várias substituições, modificações, ou combinações de qualquer uma de entre as formas de realização reveladas (ou porções das mesmas) podem ser feitas dentro do âmbito dessa memória descritiva. Consequentemente, é contemplado e entendido que essa memória descritiva sustenta formas de realização adicionais não expressamente estabelecidas no presente documento. Tais formas de realização podem ser obtidas, por exemplo, combinando, modificando, ou reorganizando-se qualquer um de entre as etapas, componentes, elementos, recursos, aspetos, características, limitações e semelhantes revelados, das várias formas de realização não limitantes descritas nessa memória descritiva. Dessa maneira, o Requerente reserva o direito para emendar as reivindicações durante o processo para adicionar recursos conforme descrito de modo variado nesta memória descritiva.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • US 7578960 B [0003] [0020] • US 6416564 B [0016] • US 6772961 B [0018] [0020] [0034] [0035] [0037] [0058] [0060] [0076] • US 6722961 B [0018] [0019] [0021] • US 7803212 B [0020] • US 7803211 B [0020] [0138] • US 5381847 A [0022] • US 6264717 B [0022] • US 6496529 B [0022] • US 7114548 B [0076] • US 4261412 A [0089] [0134] • US 5325906 A [0096] [0134] • US 5272718 A [0099] • US 5310165 A [0099] • US 5348566 A [0099] [0134] • US 5769151 A [0099] • US 5649992 A [0100] • US 20080237200 A [0138] • US 20100012629 A [0138] • US 4025818 A [0148] • US 4642522 A [0148] • US 4694222 A [0148] • US 4755722 A [0148] • US 4786844 A [0148]

Documentos de não patente citados na descrição • WEI-DI CAO. Solidification and solid state phase transformation of Allvac® 718Plus™ alloy. Journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2005 [0117] • V. A. CHERNOV. Powerful High-Voltage Glow Discharge Electron Gun and Power Unit on Its Base, Intern. Conf. on Electron Beam Melting, 1994, 259 a 267 [0135]

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo que compreende: produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de liga fundida; produzir partículas eletricamente carregadas da liga fundida ao chocar eletrões em pelo menos um de entre a corrente de liga fundida e a série de gotículas de liga fundida para atomizar (1810) a liga fundida; acelerar (1815) as partículas de liga fundida eletricamente carregadas com pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético; arrefecer (1820) as partículas de liga fundida até uma temperatura que não é maior que uma temperatura de solidificação da liga, de modo que as partículas de liga fundida solidifiquem durante a aceleração e formem partículas de liga sólidas; impactar (1825) as partículas de liga sólidas num substrato, em que as partículas de impacto se deformam e se ligam de modo metalúrgico ao substrato para produzir uma pré-forma de liga sólida.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas de liga fundida são arrefecidas até uma temperatura que não é maior que a temperatura de solidificação da liga e que é maior que 0,50 vezes a temperatura de solidificação da liga.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas de liga fundida são arrefecidas até uma temperatura que não é maior que 0,95 vezes a temperatura de solidificação da liga e que é maior que 0,50 vezes a temperatura de solidificação da liga.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que arrefecer as partículas de liga fundida compreende colocar as partículas de liga fundida em contacto com um plasma de não equilíbrio.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que arrefecer as partículas de liga fundida compreende direcionar as partículas de liga através de uma bobina de arrefecimento (1950) .
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que produzir pelo menos um de entre uma corrente de liga fundida e uma série de gotículas de uma liga fundida compreende fundir um material de liga com utilização de pelo menos um de entre uma fusão por indução a vácuo, refusão a arco sob vácuo, refusão por elétrodo duplo a vácuo, refinação/refusão por eletroescõria, fusão por feixe de eletrões, e fusão eletrónica a frio na soleira.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato é mantido num potencial positivo para atrair as partículas de liga eletricamente carregadas produzidas ao chocar os eletrões na liga fundida.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que os eletrões em choque compreendem um campo de eletrões tridimensional.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, em que o campo de eletrões tridimensional compreende uma distribuição espacial cilíndrica através da qual um trajeto de fluxo da liga fundida é direcionado.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, em que um eixo geométrico longitudinal da distribuição espacial cilíndrica de eletrões é orientado na direção do trajeto de fluxo da liga fundida.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 8, em que o campo de eletrões tridimensional compreende uma distribuição espacial retangular através da qual o trajeto de fluxo da liga fundida é direcionado.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, em que um feixe de eletrões que compreende um corte transversal retangular é varrido para fornecer uma distribuição espacial retangular de eletrões.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 8, em que os eletrões são direcionados para formar um ponto difuso e o ponto difuso é varrido para fornecer uma distribuição espacial tridimensional de eletrões que tem um formato controlado.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que os eletrões em choque são produzidos em pelo menos um de entre um emissor de feixe de eletrões termoiónico e um emissor de eletrão de plasma de ião de descarga por fio.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que os eletrões em choque são direcionados com pelo menos um de entre um campo eletrostático e um campo eletromagnético para produzir um campo de eletrões tridimensional num trajeto de fluxo da liga fundida.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato compreende uma liga que é a mesma liga que aquela que forma as partículas de liga.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a liga é uma superliga à base de níquel.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que uma carga negativa é induzida na liga fundida antes de chocar eletrões na liga fundida.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, que compreende: produzir um campo de eletrões tridimensional; eletrões em choque do campo de eletrões tridimensional em pelo menos um de entre a corrente de liga fundida e a série de gotículas de liga fundida para atomizar a liga fundida e produzir partículas eletricamente carregadas da liga fundida; e acelerar as partículas de liga fundida eletricamente carregadas com um campo eletrostático.