PT86367B

PT86367B - Particulas abrasivas de carboneto de silicio com revestimento multicamada

Info

Publication number: PT86367B
Application number: PT86367A
Authority: PT
Inventors: David Arthur Condit; Harry Edwin Eaton
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1990-11-20
Also published as: US4741973A; AU591438B2; SG68693G; NO175484C; NO175484B; IL84820A0; ZA879365B; IL84820A; EP0272197B1; ES2040273T3; PT86367A; AU8244187A; DE3785427T2; NO875191D0; NO875191L; JP2630790B2; EP0272197A2; CA1330913C; EP0272197A3; JPS63162161A

Description

A presente invenção refere-se a partículas cerâmicas. Mais especificamente, refere-se a partículas abrasivas de carboneto de silício com um revestimento multicamada e que são particularmente utilizáveis numa camada abrasiva numa pá de turbomotor de gás.

Fundamento

Os turbomotores e outras máquinas de turbinas têm fiadas de pás que rodam no interior de uma carcaça na generalidade cilíndrica. Quando as pás rodam, as suas pontas deslocam-se muito próximas da superfície das paredes internas da carcaça. Para maximizar o rendimento de funcionamento do motor, deve minimizar-se a perda de gás ou de outros fluidos de operação entre as pontas das pás e a carcaça. Como foi conhecido durante algum tempo, isso pode conseguir-se com sistemas de pás e meios de vedação nos quais as pontas das pás roçam contra uma vedação fixada no interior da carcaça. Em geral, a ponta da pá é feita de modo a ser mais dura e mais abrasiva do que a vedação, de modo que a ponta corte a vedação durante as partes do ciclo de funcionamento do motor em que se estabelece o contacto entre as mesmas.

As pontas de pás abrasivas que são particularmente utilizáveis na secção de alta temperatura dos turbomotores a gás

ií ^κ estão descritas nas patentes de invenção norte-americanas N2s 4 249 913 de Johnson et al, intitulada Abrasivo de carboneto de silício revestido de alumina e 4 610 698 de Eaton et al, intitulada Processo de revestimento superficial de abrasivos para superligas. Os conteúdos de ambas as patentes de invenção são aqui incorporados por referência. De acordo com a invenção de Johnson et al, partículas abrasivas de carboneto de silício com cerca de 200-750 micrómetros (8-30 mils) de diâmetro médio são revestidas com um óxido metálico, tal como alumina, e incorporadas, por meio de técnicas de metais em pó, em ligas de matrizes à base de níquel ou cobalto. Pode fabricar-se um pó metálico compactado contendo até 45; , em volume, destas partículas de cerâmica e depois ligar-se à ponta da pá. De acordo com a patente de Eaton et al, uma camada simples de partículas abrasivas de carboneto de silício revestidas com alumina, sobre a qual há um revestimento metálico, são primeiramente dispostas na superfície da ponta da pá, afastadas mutuamente, e depois sinterizadas na superfície da ponta da pá, por aquecimento a temperatura elevada. Aplica-se depois um material de matriz sobre as partículas por pulverização de plasma. De acordo com Eaton, 0 revestimento metálico nas partículas é depositado por um processo de niquelagem sem eléctrodos.

Não obstante os avanços descritos nestas duas patentes, tornam-se necessários mais aperfeiçoamentos para fabricar as camadas abrasivas usadas em pás que funcionam nos turbomotores mais avançados. Uma área em que se pretendem aperfeiçoamentos refere-se aos processos para aumentar a resistência das ligações entre as partículas abrasivas e a ponta das pás. Quando a camada abrasiva é feita de acordo com a patente de Eaton, é necessária

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/ .

uma ligação de grande resistência especialmente durante a aplicação da camada da matriz pulverizada por plasma.

Sumário da invenção

A presente invenção refere-se a partículas de cerâmica revestidas utilizáveis como dispersoides abrasivos em matrizes metálicas. Em particular, refere-se a partículas de cerâmica de carboneto de silício revestidas, especialmente apropriadas para usar numa camada abrasiva de matriz metálica na superfície da ponta de uma pá de turbina de superliga que funciona a temperaturas de serviço que vão de cerca de S15°C (ΙρΟθθΡ) a cerca de 1 100°C (2010°F). Segundo a presente invenção, as partículas de cerâmica são caracterizadas por um revestimento com camadas múltiplas, sendo a primeira camada de revestimento resistente à difusão ou dissolução com a cerâmica a temperaturas até pelo menos a temperatura de serviço máxima da superliga e evita qualquer reacção entre a cerâmica e o material da matriz no qual se encontra dispersa. A primeira camada de revestimento evita também qualquer reacção entre a cerâmica e a superliga.

A segunda camada de revestimento tem um ponto de fusão superior à temperatura de serviço máxima da superliga e é resistente à dissolução ou difusão relativamente à primeira camada de revestimento a temperaturas até pelo menos a temperatura de serviço máxima. A segunda camada de revestimento é também compatível com o material da matriz e com a superliga, isto é, não se formam fases indesejadas se a segunda camada de revestimento se difundir com a matriz ou com a superliga. A terceira camada de revestimento é também compatível com o material da matriz e da superliga e tem um ponto de fusão inferior ao ponto de fusão da

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-_r.

segunda camada de revestimento e inferior a pelo menos cerca de 1 095°C (2000°F). A terceira camada de revestimento é susceptível de difusão significativa no interior da superliga a temperaturas inferiores a cerca de 1 O95°C· Se a terceira camada fundir, ela molha a segunda camada de revestimento.

As partículas de cerâmica preferidas na peresente invenção são de carboneto de silício e as camadas de revestimento preferidas são as seguintes: primeira camada, óxido de alumínio; segunda camada, níquel; terceira camada, uma liga de níquel e boro. Portanto, vê-se que as partículas de cerâmica preferidas são de carboneto de silício com uma camada de revestimento de óxido (óxido de alumínio) e uma camada dupla metálica de revestimento (níquel-boro sobre níquel).

processo pelo qual se fabrica uma camada abrasiva numa ponta de pá de turbina de superliga utilizando as partículas de cerâmica revestidas com óxido e metais segundo a presente invenção é o seguinte: fazer aderir uma camada simples de partículas de cerâmica numa relação de afastamento na superfície da ponta da pá; aquecer a pá para provocar a difusão do revestimento de níquel-boro em cada partícula na superfície da pá, de modo que se forma uma ligação por sinterização de elevada resistência entre cada partícula e a pá; depositar o material da matriz sobre a superfície da ponta e sobre as partículas sinterizadas com as mesmas por um processo de pulverização por plasma; comprimir isostaticamente a quente a camada da matriz para fechar quaisquer espaços vazios existentes na mesma; e tratar a superfície da matriz de modo que as partículas de cerâmica fiquem salientes acima da superfície da matriz. A camada abrasiva feita desta maneira é capaz de operar a temperay / »

- ..

turas até pelo menos cerca de 1 100°C e tem características abrasivas muito boas.

As características e vantagens anteriores e outras da presente invenção serão mais evidenciadas na descrição seguinte de formas de realização preferidas e nos desenhos anexos. Breve descrição dos desenhos

As figuras dos desenhos representam:

A fig. 1, em corte transversal, a porção exterior radialmente de uma pá típica de uma turbina de gás com uma camada abrasiva feita segundo a presente invenção;

A fig. 2, em corte transversal, as partículas de cerâmica revestidas utilizáveis na presente invenção;

A fig. 3, a camada abrasiva depois da aplicação de uma matriz de metal; e

A fig. 4, os resultados da avaliação da sinterização das partículas de carboneto de silício revestidas.

Melhor modo de realizar a presente invenção

Descreve-se a presente invenção com referência ao fabrico de uma camada abrasiva na ponta da pá de um turbomotor a gás, que faz atrito nas vedações de ar, de cerâmica ou metal, e operam com temperaturas de serviço máximas de cerca de 1 100°C. Os entendidos na matéria reconhecerão que a presente invenção pode ser utilizada noutras aplicações de atrito semelhantes.

Com referência à fig. 1, a camada abrasiva (10) na superfície (11) da ponta de uma pá (14) de um turbomotor contém partículas de cerâmica revestidas (18) numa matriz (16). A pá (14) pode ser feita de uma superliga à base de níquel tal como a descrita na patente de invenção norte-americana N5 4 209 343 de Duhl et al.

A camada abrasiva (10) está sujeita a tensões elevadas durante o funcionamento do motor e portanto é importante que a camada (10) tenha uma certa configuração e certas propriedades de modo a desempenhar a sua função. Em particular, a resistência da ligação entre as partículas (18) e a superfície (11) da ponta tem de ser elevada de modo que as partículas não sejam perdidas da superfície (11) durante o fabrico da camada abrasiva (10) ou durante o funcionamento do motor.

A camada abrasiva (10) feita segundo a presente invenção é caracterizada por uma camada única de partículas de cerâmica (18) a distâncias mútuas pequenas envolvidas por material da matriz (16), geralmente de acordo com a camada representada na referida patente de Eaton. 0 metal da matriz (16) tem uma espessura (W) que é de preferência de cerca de 50 a 90£> da espessura total (T) das partículas (18). Como consequência disso, uma porção de cada partícula (18) projecta-se para o espaço e acima da matriz (16). Para as melhores características de funcionamento, a porção não exposta das partículas (18) tem de ser envolvida por metal da matriz (16) e as partículas (18) têm de estar pouco espaçadas umas das outras. Na ponta de pá feita de acordo com a presente invenção, cada partícula abrasiva (18) é ligada por sinterização à ponta (11) da pá antes da aplicação do material da matriz (16) e a maior parte ( de preferência pelo menos cerca de 80 a 90/9 da área das partículas /* excluindo a área exposta acima da matriz (16)J é envolvida pela matriz de metal (16) em vez de estar em contacto com outras partículas (18). Assim, as partículas (18) estão todas

- 7 ligadas de maneira segura à ponta (11) da pá. Também, as partículas (18) estão, em geral, distribuídas de maneira uniforme e densa na ponta (11) da pá. São preferidas densidades de cerca de 30 a 150 partículas por cm (200-84-0 partículas por polegada quadrada) da ponta (11) da pá, com cerca de 75 partícuias por cm (4-85 partículas por polegada quadrada) como densidade mais preferida.

Verificou-se que as partículas de carboneto de silício prensadas a quente e trituradas, cora dimensões nominais de cerca de 200 a 750 micrómetros, são particularmente utilizáveis na prática da presente invenção, embora possam também utilizar-se outras dimensões, na gama de cerca de 25 a 1250 micrómetros. Podem também ser utilizadas outras cerâmicas com boa resistência às temperaturas elevadas, tais como o nitreto de silício, SiAlON (silício-alumínio-oxigénio-azoto) e óxido de alumínio. Se as temperaturas a que a camada abrasiva é usada forem baixas, podem também utilizar-se cerâmicas tais como nitreto de boro cúbico ou diamante. Independentemente de a utilização esperada ser a baixas ou altas temperaturas, a cerâmica tem de ter boas características abrasivas.

Cada uma das partículas de cerâmica (18) está revestida com um revestimento de camadas múltiplas, como se representa na fig. 2. A primeira camada de revestimento (30) é um revestimento cerâmico (de preferência um óxido metálico) que é estável a temperaturas elevadas; este revestimento impede que as partículas (18) se dissolvam ou difundam com a liga da ponta (11) da pá durante a operação de sinterização (ligação) elevada. Também impede as partículas de reagir com a ponta (11) da pá e com o material da matriz (16) durante o tempo de vida da í * camada abrasiva (10). Utiliza-se de preferência um óxido de alumínio como revestimento na camada de revestimento de óxido em partículas de carboneto de silício, visto que tais partículas se dissolvem facilmente em ligas à base de níquel às temperaturas elevadas. Ver a referida patente de invenção de Johnson et al. Podem também usar-se outros revestimentos de óxidos estáveis. Se as partículas de cerâmica (18) forem inerentemente resistentes à reacção com a pá ou a liga da matriz às temperaturas elevadas, o revestimento de óxido (30) pode ser desnecessário. Quando se utiliza óxido de alumínio, ele deve ter uma espessura de cerca de 5 a 25 micrómetros (0,2-1 mils). Como se mostra na fig. 2, o revestimento (30) deve encapsular substancialmente as partículas de carboneto de silício (18) para melhor impedir a dissolução e/ou a difusão das partículas (18) na matriz (16) ou com a ponta (11) da pá.

A segunda e a terceira camadas de revestimento (31) θ (32), respectivamente, compreendem um revestimento metálico duplo. A segunda camada de revestimento (31) tem uma temperatura de fusão mais elevada do que a temperatura de serviço máxima da camada abrasiva (10). Também, a segunda camada (31) é resistente à difusão ou dissolução com a camada de revestimento (30) a temperaturas até pelo menos a temperatura de serviço máxima. A segunda camada (31) é capaz de difusão com a liga da pá e com o material da matriz (16) e não forma quaisquer fases indesejadas quanto tal difusão tiver lugar. A segunda camada de revestimento preferida (31) é de níquel puro, com cerca de 2 a 8 micrómetros (0,03-0,3 mils) de espessura e é aplicada por deposição química ou física de vapor, por técnicas electrolíticas ou de deposição catódica sem eléctrodos. 0

- 9 ζ níquel puro funde a uma temperatura de cerca de 1 455 C (265O°F). Podem também usar-se metais de transição, tais como o cobalto ou o crómio, e metais nobres de ponto de fusão elevado, como a platina, como camada (51), tal como ligas contendo níquel, cobalto, crómio, platina, etc. A temperatura de fusão da camada (51) deve ser de pelo menos 1 260°C (?500°F). A segunda camada de revestimento (51) encapsula substancialmente a primeira camada de revestimento (de óxido) (50).

A terceira camada de revestimento (52) é a camada mais importante da cerâmica revestida, relativamente à formação da ligação por sinterização de elevada resistência entre as partículas (18) e a ponta (11) da pá. A terceira camada de revestimento (52) é capaz de uma difusão significativa na superfície (11) da ponta da pá (14) durante uma operação de sinterização a alta temperatura. Λ camada (52) é compatível com a segunda camada (51) θ com a liga da matriz e com a pá, isto é, não forma qualquer fase ou compostos que degradem as suas propriedades. A terceira camada (52) é escolhida no grupo constituído por metais de transição, metais nobres de elevada temperatura de fusão ou ligas dos mesmos, que contêm um abaixador do ponto de fusão, tal como o boro ou o silício. 0 abaixador do perto de fusão está presente em uma quantidade suficiente de modo que a terceira camada (52) funda a uma temperatura que seja pelo menos cerca de 150°0 (500°F) inferior à temperatura de fusão da segunda camada de revestimento (51). A terceira camada deve ter uma temperatura de fusão inferior a cerca de 1 Ο95°θ (2000°F). De preferência, o metal de base(ou a liga de base) da terceira camada de revestimento é o mesmo que o metal /

[ * (ou a mesma que a liga) que constitui a segunda camada de revestimento. Portanto, se a segunda camada de revestimento for níquel, a terceira camada de revestimento é níquel mais um abaixador do ponto de fusão. Se a terceira camada de revestimento for uma lig-t de níquel-boro, deve ter uma espessura de 2 a 8 micrómetros (0,008-0,3 mils), contendo entre cerca de 1 e , em peso, de boro e ser aplicada por deposição catódica sem eléctrodos. Cerca de 3,5/-· de boro é a composição mais preferida;

~ o uma tal liga tem uma temperatura de fusão de cerca de 1 080 0 (1980°F). Como se vê na fig. 2, a terceira camada (32) encapsula substancialmente a segunda camada (31).

A camada dupla de níquel-boro/níquel é uma combinação de camada dupla particularmente desejada. Se a camada (32) de níquel-boro estiver alguma vez fundida durante o fabrico da camada abrasiva (10), ela molhará a superfície da camada de níquel (31) em vez de fazer pérolas sobre a camada de níquel (31)· Quando a camada (32) de níquel-boro fundida solidificar, formar-se-á de novo a ligação por sinterização entre as partículas (18) e a ponta (11) da pá.

Para ter características abrasivas óptimas, as partículas cerâmicas revestidas (18) são cbpositadas sobre a superfície (11) da ponta da pá a distâncias mútuas pequenas. Pretende-se p

uma densidade de cerca de 75 partículas por cnT. A prática preferida para depositar as partículas (18) sobre a superfície (11) da ponta está descrita com mais pormenor no pedido de patente de invenção norte-americana K2 842 591 de Vontell et al, intitulado Processo para depositar uma camada de material abrasivo sobre um substrato, que aqui se incorpora por referência. Para fixar inicialmente as partículas (13) na superfí- 11 /

...... cie (11) da pá (isto é, antes da operação de sinterização), a _f·⁷superfície (11) é revestida com uma camada de resina adesiva. Podem estar presentes na resina flocos de níquel, como se descreve no pedido de patente de invenção norte-americana N2 837 509 de Pike, intitulado Processo aperfeiçoado para adesão de areia em pontas de pás.

Depois de as partículas (13) serem colocadas na ponta (11) da lâmina, aquece-se a ponta (11) até uma temperatura suficiente para volatilizar a resina e para fazer com que a camada (32) de Ni-B nas partículas (18) se difunda na superfície (11) da ponta nas zonas de contacto pontual. Como consequência da difusão que se verifica, formo-se uma ligação por sinterização (19) entre as partículas (18) e a superfície (11) da ponta. As condições de sinterização preferidas estão na gama da temperatura de fusão da camada Ni-B, isto é, a cerca de 1 065 a 1 095°C, durante cerca de 8 horas numa atmosfera não oxidante. De preferência, a sinterização é feita a uma temperatura ligeiramente inferior à temperatura de fusão de Ni-B (1 080°C).

Depois da sinterização, cada partícula (IS) está ligada seguramente à superfície (11) da ponta como consequência da difusão de Ni-B na superfície da ponta. Esta ligação assegura que muito poucas, se houver algumas, das partículas (lo) sao deslocadas da superfície (11) durante a fase subsequente de aplicação da matriz, descrita adiante. Assegura também que a camada abrasiva (10) tem as características abrasivas necessárias durante o funcionamento do motor.

A aplicação do material da matriz (16) é feita de preferência por dispersão por arco de plasma sob vazio, embora a

- 12 aplicação de pulverização de plasma convencional

física de vapor e a deposição catódica possam também ser usa das. 0 material da matriz (16) é aplicado numa espessura (w*) como se mostra na fig. 3· Uma superliga à base de níquel do tipo na generalidade descrito na referida patente de Johnson et al pode ser usada como matriz, como o podem ser outras ligas com boas características às temperaturas elevadas (oxidação e resistência à corrosão, dureza a quente, etc.).

Uma ligação de elevada resistência entre as partículas abrasivas (18) e a ponta da pá (11) é particularmente importante quando a matriz (16) for aplicada pela pulverização de plasma sob vazio preferida, em que as partículas do pó da matriz são aquecidas a uma temperatura elevada da corrente de plasma de grande velocidade e temperatura elevada e impelidas para sobre a superfície dapõnta (11) a velocidades elevadas. Estima-se que a velocidade das partículas do pó aquecidas é da ordem de 200 a 500 m/s (670 a 1 64-0 pés/s); .julga-se que a velocidade da corrente de plasma é pelo menos duas vezes a velocidade das partículas. A ligação sinterizada formada quando a camada (52) de Ni-B em cada partícula (18) se difunde no in terior da superfície da .ponta (11) tem uma resistência suficientemente elevada para que apenas algumas poncas das partículas revestidas (18), se é que há alguma, se percam da superfície da ponta (11) durante a operação de pulverização. Se a ligação não tiver resistência suficiente, será deslocada uma quantidade de partículas excessiva da superfície da ponta (11) quando se aplica a camada da matriz (16). 0 revestimento de Ni-B (32) não só se difunde para o interior da superfície da ponta (11), como também se difunde para o interior da segunda

- 13 / i

\ _____?»

......

camada de revestimento de metal (51) em cada partícula (18), 0 que ainda reforça a ligação entre as partículas (18) e a ponta da lâmina (11).

Uma vantagem adicional devida ao uso das partículas revestidas segundo a presente invenção e, em particular, ao uso da camada dupla de Ni-B/Ni, é evidente durante as fases preliminares do processo de pulverização de plasma sob vazio. Na aplicação do material da matriz com este processo, é necessário limpar primeiramente a superfície da ponta da lâmina (11). Se a superfície (11) não estiver limpa, a resistência da ligação entre o material da matriz (16) e a ponta (11) será inaceitavelmente baixa. A limpeza por arco de transferência invertido (RTA) é o processo preferido para a limpeza da superfície da ponta (11). Durante a limpeza ΉΤΑ, a superfície da ponta (11) é limpa por impacto de iões pesados por meio de um arco eléctrico de alta temperatura gerado entre a superfície (11) e 0 eléctrodo na pistola de pulverização de plasma. A temperatura do arco pode ser sufecientemente elevada para fazer com que uma parte da camada de Ni-B nas partículas abrasivas funda, caso em que 0 Ni-B fundido molha a camada intermédia de Ni, em vez de formar pérolas e fazer sair as partículas (18). Se 0 Ni-B fundido fizesse sair as partículas (18), provavelmente elas seriam perdidas da ponta da pá (11) à medida que a limpeza ΉΤΑ prosseguia. Quando as partículas de carboneto de silício revestidas de alumina sao revestidas apenas com uma camada metálica de Ni-B e a camada de Ni-B fundir durante a limpeza RTA, o metal fundido forma pérolas na camada de alumina e as partículas são facilmente desalojadas da superfície

-14-/ da ponta da pá. ·*

Embora a camada aspergida de material da matriz (16) tenha cerca de 95% de densidade teórica, ela pode conter uma certa porosidade ou espaços vazios, o que poderia reduzir as propriedades mecânicas de toda a camada abrasiva (10). Para eliminar tais espaços vazios, a pá (14-) é submetida a uma prensagem isostática a quente (HIP) após a aplicação do material da matriz (16). 0 tratamento HIP também reforça a ligação entre a matriz (16), as partículas (18) e a ponta da pá (11). Para o material da matriz de superliga à base de níquel descrito na patente de Johnson, uma temperatura HIP de cerca de 1 100°C e uma pressão de gás de cerca de 14-0 KPa aplicada durante duas horas é suficiente. Podem usar-se outros parâmetros da prensagem a quente para consolidar o material da matriz (16) e atingir o objectivo da densificação e da ligação.

Em seguida, trabalha-se a superfície da camada abrasiva (10) à máquina para produzir uma superfície lisa e relativamente plana. Finalmente, põe-se a superfície da camada abrasiva (10) em contacto com um produto químico corrosivo ou outra substância que ataque e remova uma certa quantidade do material da matriz (16), fazendo com que uma porção de cada uma das partículas (18) se projecte no espaço. Por exemplo, pode usar-se a maquinagem electromecânica, como se descreve na patente de invenção norte-americana N2 4- 552 692 de Joslin. Esta operação reduz a espessura da matriz a uma dimensão W, que é cerca de 50 a 90% da dimensão T da partícula e conduz a uma camada abrasiva (10) com a forma representada esquematicamente na fig. 1.

aspecto chave da presente invenção é que a camada de revestimento dupla de níquel-boro/níquel proporciona uma ligaçao f

Λ *« por sinterização resistente entre as partículas abrasivas (18) e a superfície da ponta da pá (11) antes da aplicação do material da matriz (16). Depois de aplicado o material da matriz (16), as partículas (13) são também mantidas na superfície da ponta (11) pela matriz (16). A elevada resistência da ligação conseguida com as partículas segundo a presente invenção é evidente no exemplo seguinte. Revestiram-se partículas de carboneto de silício prensadas a quente e torturadas, can o diâmetro nominal de cerca de 300 micrómetros (0,012”) com uma camada de 12 micrómetros 0,0005) de óxido de alumínio, de acordo com a patente de Johnson atrás referida. Depois dividiram-se as partículas em três grupos. 0 primeiro grupo foi revestido com 5 micrómetros (0,0002”) de Ni-B obtido por via não eléctrica; o segundo grupo foi revestido com 8 micrómetros (0,0003”) de Ni-B obtido por via não eléctrica; o terceiro grupo foi revestido com 5 micrómetros de níquel puro e depois 5 micrómetros de Ni-B obtido por via não eléctrica. avaliaram-se então as características de sinterização de cada grupo de partículas de carboneto de silício revestidas para espécimes de ensaio de superligas } à base de níquel.

Nesta avaliação da sinterização, depositaram-se as partículas revestidas na superfície dos espécimes de ensaio que foi revestida com uma camada fina de resina adesiva (poliestireno) num suporte de viscosidade reduzida que também continha flocos de níquel. Sinterizaram-se as partículas na superfície dos espécimes de ensaio a 1 065°0 durante 3 horas.

Limpou-se depois a superfície do espécime pelo processamento RTA convencional numa câmara de pulverização de plasma sob vazio. 0 ciclo normalizado é uma limpeza RTA durante 6Q segundos a 3 KW. 0 Quadro 1 e a fig.4 mostram que a utilização da camada de metal dupla de Ni-B/Ni dá como resultado uma ligação sinterizada com uma resistência consideravelmente maior do que qualquer dos sistemas de revestimento monocamada de níquel-boro.

Depois do ciclo RTA normalizado de 60 segundos, cerca de 99/ das partículas revestidas de Ni-B/Ni estavam ainda ligadas à superfície do espécime, enquanto apenas 60/ das partículas revestidas com 5 micrómetros de Ni-B estavam ligadas e 20/ das partículas revestidas com 8 micrómetros de Ni-B estavam ligadas à superfície. Após 120 segundos de limpeza RTA, a superioridade da camada de revestimento dupla de Ni-B/Ni é mesmo mais evidente.

Numa segunda avaliação da sinterização, avaliaram-se mais uma vez três grupos de partículas de carboneto de silício revestidas. 0 primeiro grupo foi revestido com 5 micrómetros (0,0002) de níquel puro depositado sem eléctrodos; o segundo grupo foi revestido com 5 micrómetros de Ni-B depositado sem eléctrodos; e o terceiro grupo foi revestido com 5 micrómetros de cada um de Ni-B sobre Ni. As partículas revestidas foram depois sinterizadas em espécimes de ensaio de superliga à base de níquel a temperaturas entre 1 065°0 (1 95O°N) e 1 O95°C (2 000°B). Depois da sinterização, aplicou-se uma carga de corte de 25 g às partículas individuais e determinou-se a percentagem de partículas ainda ligadas à superfície do espécime depois do ensaio (relativamente ao número ligado à superfície antes do ensaio). 0 Quadro 2 mostra que se conseguiu obter a ligação por sinterização mais resistente com as partículas revestidas com camada metálica dupla de Ni-B/Ni, sinte- 17 ,Χ rizadas a 1 080°C (1 975°^) durante 2 horas. mostra igualmente a extrema sensibilidade dos outros dois sistemas de revestimento a pequenas variações nas temperaturas de sinterização: quando a temperatura de sinterização foi de 1 095^O0» apenas 2% das partículas revestidas com os sistemas Ni ou Ni-B estavam ligadas depois dos ensaios de carga de corte. Com a camada de revestimento dupla segundo a presente invenção, 51% das partículas estavam ainda ligadas.

Embora a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita relativamente a uma forma de realização preferida, os entendidos na matéria compreenderão que podem introduzir-se várias alterações na forma e de pormenor sem que se verifique um afastamento do espírito e dos objectivos da presente invenção.

Quadro 1

Percentagem de partícula 1 06p θ durante 5 horas cia inversa (1TA)	s retidas e limpeza	depois do ror arco	i sinterização ; de transferên-
Sistema de revestimento	Condições BTâ	a retida
Ni-B( 5 micrómetros)		1.7/120 s	37
Ni-B( 5 micrómetros)		1'7/120 s	12
Ni-B( 8 micrómetros)	3 :	10.7/120 s	4
Ni-B( 8 micrómetros)		'2.7/120 s	1
Ni-B/Ni	“7	1.7/120 s	100
(5 micrómetros/5 micróme	tros)
Ni-B/Ni		12/120 s	99

(5 micrómetros/5 micrómetros)

Quadro 2

Percentagem de partículas retida depois da sinterização e aplicação de unes forço de corte de 25g

Sistema de revestimento	Tratamento	de sinterização
	1 065°C ror	1 080°0 por	1095°C por
	3 horas	2 horas	20 minutos
Níquel ouro	142	ac-·’	.2.
Ni-B	oo	75	2
Ni-B/Ni	77	91	51

/

Claims

Reivindicações

1. - Partículas abrasivas de cerâmica revestida de metal, com dimensões na gama de cerca de 25 a 1 250 micra, tendo sobre as mesmas um revestimento metálico duplex que compreende uma primeira camada de revestimento de metal que encapsula substancialmente cada uma das partículas e uma segunda camada de revestimento de metal que encapsula substancialmente a primeira camada de revestimento, caracterizadas por a segunda camada de metal ser susceptível de difusão significativa nas superligas de níquel e cobalto de base quando aquecida até próximo da sua temperatura de fusão e não formar qualquer fase prejudicial quando se difunde nas referidas superligas e por a segunda camada de metal molhar a primeira camada de metal quando a segunda camada de metal está fundida.
2. - Partículas de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a cerâmica ser escolhida no grupo constituído essencialmente por carboneto de silício, nitreto de silício e SiAlON; a primeira camada de metal ser escolhida entre os metais de transição, os metais nobres de temperatura de fusão elevada e ligas dos mesmos;

e a segunda camada de metal ser escolhida entre os referidos metais de transição e os metais nobres e ligas dos mesmos que contêm um abaixador do ponto de fusão em quantidade suficiente de modo que a segunda camada de metal funde a uma temperatura de pelo menos 150°C abaixo da temperatura de fusão da primeira camada de metal.
3. - Partículas de acordo com a reivindicação 2, caracterizadas por a cerâmica ser carboneto de silício, a primeira camada de metal ser níquel e a segunda camada de metal ser uma liga de níquel-boro contendo entre cerca de 1 e 5 % de boro, em peso.
4. - Partículasde acordo com a reivindicação 3, caracterizadas por compreenderem ainda uma camada de óxido de alumínio entre as camadas de carboneto de silício e de níquel.
5. - Cerâmica, caracterizada por poder ser usada como um dispersoide em matrizes de metal a temperaturas de serviço elevadas e tendo nas mesmas um revestimento de camadas múltiplas que compreende uma camada de revestimento de óxido resistente ã difusão ou dissolução com a cerâmica às referidas temperaturas de serviço e uma camada de revestimento de metal duplex sobre a camada de revestimento de óxido, compreendendo a camada de revestimento de metal duplex uma primeira e uma segunda camadas de metal, tendo a primeira camada de metal uma temperatura de fusão mais elevada do que as referidas temperaturas de serviço e sendo resistente ã difusão ou dissolução com a camada de revestimento de óxido ãs referidas temperaturas de serviço, e tendo a segunda camada de metal uma temperatura de fusão inferior a cerca de 1 100°C, molhando a referida segunda camada a primeira camada de metal quando fundida.
6. - Cerâmica de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por ser utilizável como um dispersoide em matrizes usadas a temperaturas de serviço superiores a cerca de 815°C, sendo a camada de revestimento de óxido resistente ã difusão ou dissolução com a cerâmica a temperaturas até pelo menos cerca de 1 100°C, sendo a primeira camada de

-20metal resistente ã difusão ou dissolução com a camada de óxido a temperaturas até pelo menos cerca de 1 100°C e tendo a segunda camada de metal uma temperatura de fusão pelo menos cerca de 150°C mais baixa do que a temperatura de fusão da primeira camada de metal .
7. - Partículas de cerâmica, caracterizadas por serem utilizáveis como um dispersoide em matrizes de metal a temperas elevadas, tendo as partículas uma dimensão dentro da gama compreendida entre cerca de 25 e cerca de 1250 micra e tendo nas mesmas um revestimento de metal de camadas múltiplas que compreende uma primeira camada de metal com uma temperatura de fusão de pelo menos cerca de 1 315°C e uma segunda camada tendo um ponto de fusão inferior a cerca de 1 100°C e capaz de molhar a primeira camada de metal quando fundida.
8. - Partículas de carboneto de silício com dimensões na gama compreendida entre cerca de 25 e 1250 micra, caracterizadas por terem uma camada com a espessura de 5 a 25 micra de óxido de alumínio, uma camada de 2 a 8 micra de níquel sobre o revestimento de óxido de alumínio e uma camada de 2 a 8 micra de níquel-boro sobre o revestimento de níquel, contendo o revestimento de níquel-boro entre 1 e

5 %, em peso, de boro.
9. - Processo para proporcionar uma camada abrasiva contendo partículas cerâmicas numa matriz de metal na superfície de um produto, caracterizado por compreender as fases que consistem em: fazer aderir uma camada simples de partículas separadas umas das outras ã superfície do produto, tendo as partículas sobre as mesmas um revestimento com camadas múltiplas que compreende uma primeira camada de revestimento de óxido resistente ã difusão ou dissolução com as partículas a temperaturas superiores a cerca de 1 100°C e uma camada de revestimento de metal duplex que compreende uma primeira e uma segunda camadas de metal, tendo a primeira camada de metal uma temperatura de fusão superior a cerca de 1 315°C e sendo resistente à difusão ou dissolução com a camada de óxido a temperaturas superiores a cerca de 1 100°C e tendo a segunda camada de metal um ponto de fusão inferior a cerca de 1 100°C e sendo capaz de molhar a primeira camada de metal quando fundida; fazer com que as partículas revestidas adiram ã superfície do produto e se projectem a partir da superfície afastadas umas das outras; depositar na superfície do produto e sobre as partículas uma camada de material de matriz metálica para preencher os espaços entre as partículas revestidas; e tratar a superfície da matriz de modo que as partículas se projectem acima da superfície da matriz.
10. Camada abrasiva na superfície da ponta de uma pá de um turbomotor de gás, caracterizada por conter partículas de cerâmica afastadas uma das outras numa matriz de metal, estando cada uma das partículas de cerâmica ligada por sinterização à superfície da pá e preenchendo a matriz as zonas entre as partículas, tendo cada partícula sobre a mesma uma camada de revestimento constituída por uma monocamada de óxido e uma camada de metal duplex, não reagindo a monocamada de óxido com a cerâmica e encapsulando substancialmente cada uma das partículas e compreendendo a camada de revestimento de metal duplex uma primeira e uma segunda camadas de metal, não reagindo a primeira camada de metal com a cerâmica e encapsulando substancialmente cada partícula e estando a segunda camada de metal difundida com a superfície da pá.
11.- Camada abrasiva de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por a cerâmica ser carboneto de silício, a camada de óxido ser óxido de alumínio, a primeira camada de metal ser níquel e a segunda camada de metal ser uma liga de níquel-boro.