PT91754B

PT91754B - Processo para a fabricacao de um revestimento desgastavel por friccao aperfeicoado

Info

Publication number: PT91754B
Application number: PT91754A
Authority: PT
Inventors: Subramaniam Rangaswamy; Robert Alvin Miller; Daniel R Marantz
Original assignee: Sulzer Plasma Tech
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1995-07-18
Also published as: KR910006512A; EP0361709B1; JPH02225598A; KR950014071B1; PT91754A; DK462089A; CN1042951A; ES2045458T3; DE68910072T2; DK462089D0; AU4133689A; FI894380A; BR8904694A; EP0361709A1; FI894380A0; NO893748D0; DE68910072D1; NO893748L

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito de uma maneira geral a materiais e revestimentos que se desgastam facilmente, tais como o revestimento usado para formar vedações desgastáveis pelo atrito, nos turbomotores. Mais especificamente, a presente invenção proporciona um material aperfeiçoado susceptivel de ser desgastado pelo atrito e um processo para a sua fabricação.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Os materiais que se desgastam facilmente pelo atrito de uma maneira controlada são usados num certo número de aplicações incluindo as vedações desgastáveis pelo atrito. Como será en te£ dido pelos especialistas na matéria, o contacto entre uma peça rotativa e uma vedação fixa susceptivel de ser desgastada oelo atrito faz com que o material desgastãvel seja removido segundo uma configuração que se ajusta perfeitamente ã parte movei na z£ na de contacto. Isto é, a peça mõvel raspa e remove uma porção da vedação desgastãvel pelo atrito de modo que a vedação adquire uma geometria que se ajusta perfeitamente ã oeça mõvel. Isso fo£ ma de maneira eficiente uma vedação com uma tolerância extremamente apertada.

-2Uma aplicação particular das vedações susceptiveis de des, gaste por atrito e o seu uso nos turbomotores. Tipicamente, a sl[ perfície interior do aro de protecção das pãs da turbina é reves^ tida, até uma determinada espessura, com um material suceptivel de ser desgastado por atrito, usando uma pistola de pulverização. Em funcionamento, quando as pãs da turbina rodam, elas dilatam-se um pouco, devido ao calor produzido. As pontas das pãs rota, tivas contactam então com o material susceptível de desgaste e entalham ranhuras definidas com precisão no revestimento sem entrarem em contacto com o aro de protecção das pãs- da turbina oro priamente dito. Deve notar-se que estas ranhuras Droporcionam a folga necessária para permitir que as pãs rodem e proporcionem uma vedação essencialmente adequada e ajustada. A fim de as pãs da turbina cortarem ranhuras no revestimento susceptível de desgaste por atrito, o material de que é feito o revestimento tem de se deagastar facilmente sem desgastar as pontas das pãs. Isso exige que se obtenha um equilíbrio cuidadoso dos materiais dos revestimentos. Neste ambiente particular, um revestimento susceptível de desgaste por atrito tem de apresentar uma boa resistência contra a erosão das partículas e outra degradação a tempe raturas elevadas. Porém, como e conhecido dos especialistas na matéria, é difícil obter estas características desejáveis utilizando os processos convencionais de formação de revestimentos susceptiveis de desgaste pelo atrito,

Mais especificamente, muitos revestimentos susceptiveis de desgaste por atrito convencionais são formados por oulveriz^ ção de plasma de um material de enchimento e componentes metãli-3τ cos sob a forma de um po, o que requer a monitoração cuidadosa de um certo numero de parâmetros. Estes parâmetros incluem as características da composição do põ fornecido, as dimensões das partículas do po e as vãrias condições de funcionamento da pistola de pulverização. Mas, mesmo que se supervisionem estreita^ tamente estes factores, o equipamento e as técnicas convencionais não se tem mostrado consistentemente eficazes na produção de revestimentos por atrito de elevada qualidade.

Com mais pormenor, os revestimentos susceptíveis de de£ gaste por atrito compósitos convencionais são fabricados por pul verização térmica de um material de aprovisionamento escolhido de dois tipos gerais. 0 mais simples compreende uma mistura de um põ metálico e um material de enchimento, que é usualmente um po não metãlico. Isto é, prepara-se uma mistura das partículas discretas de cada um dos constituintes, a qual é depois pulverj zada, usando uma pistola de pulverização de plasma. Porém, estas misturas de põs separam-se com frequência, não sõ em armazém como também na própria corrente de pulverização de partículas, ambas as coisas afectando a micro-estrutura do revestimento resultante. Sabe-se que a segregação das partículas produz zonas localizadas no revestimento constituídas predominantemente por um único constituinte em pÕ. Isso produz por sua vez revestimentos- de composição e dureza não uniformes, que dão piores condições de conservação. Esta falta de uniformidade pode também ser provocada por vaporização preferencial ou outra transformação térmica preferencial dos consttuintes do pÕ, particularmente quando se utiliza um plástico como um dos componentes. Além disso, a utilização de pos misturados torna também difícil ajus-4-

tar a relação entre os constituintes para produzir revestimentos graduados que exigem misturas dos materiais de aprovisionamento diferentes para cada camada de revestimento.

Na outra classe geral de pós para pulverização, os dois constituintes estão mutuamente ligados para formar partículas compósitas. São conhecidas vãrias técnicas de ligação, tais como o revestimento de um primeiro material em pÕ com um segundo material, ou simplesmente ligando dois pos entre si com um aglutinante apropriado. Contudo, o aglutinante pode não ser eficie_n te para prevenir a separação dos dois materiais diferentes. Alem disso, não só as técnicas de revestimento são dispendiosas, como também pode haver uma vaporização preferencial do revestimento, o que reduz o equilíbrio de composição do revestimento, e não po de usar-se uma simples composição em pó para formar um revestimento com características diferentes através da espessura do revestimento .

Para muitos materiais, a produção de revestimentos susceptíveis de desgaste por atrito satisfatórios exige a utilização de velocidades extremamente elevadas que não podem conseguir-se pelas pistolas de pulverização de chamas de combustão conveji cionais. Embora as pistolas de pulverização de plasma proporcio nem velocidades elevadas, elas operam a temperaturas tão elevadas que podem provocar vaporização e degradação térmica, por exemolo a vaporização do constituinte plástico e a oxidação dos constituintes em pÕ, sendo estes últimos acelerados pela turbulência da corrente de pulverização.

-5-f.

Por conseguinte, seria desejável proporcionar um proces^ so para a formação de um material susceptível de desgaste por atrito por meio do qual possa reduzir-se ou eliminar-se o problema da segregação das partículas. Seria também desejável proporcionar um processo desse género com a caracteristica adicio nal de produzir revestimentos susceptíveis de desgaste por atri to de elevada qualidade sem produzir qualquer degradação significativa do material de aprovisionamento. Seria além disso dese javel proporcionar um tal processo por meio do qual se possa obter um gradiente de composição num revestimento permitindo o controlo independente dos constituintes do material de aorovisio namento, sem o uso de um sistema de doseamento de pós complexoe que evite os gradientes acentuados de temperatura e velocidade da pulverização de plasma. A presente invenção proporciona um processo de formação de um material susceptível de desgaste por atrito que atinge estes objectivos e proporciona um novo material susceptí vel de desgaste por atrito formado pelo processo segundo a oresente invenção.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Num dos seus aspectos, a oresente invenção prooorciona um processo para o fabrico de um material susceptível de desgas_ te por atrito pela introdução de um material de enchimento, de preferência um material em põ não metálico, tal como um plástico, na corrente dos gases da combustão a alta temperatura, arras tando assim o material de enchimento na corrente de gases. 0 ma^ terial de enchimento e de preferência fornecido axfalmente na corrente de gases de combustão, impedindo assim a dispersão la7 teral incontrolada quando as partículas entram na corrente de g£ ses a elevada velocidade. 0 material de enchimento e aquecido e impelido com uma velocidade extremamente elevada pelos gases da combustão ao longo de um eixo que intersecta um metal fundido.

A corrente dos gases de combustão a alta temperatura nos quais o material de enchimento ê trnsportado atomiza o metal fundido, de modo que o metal fundido é arrastado na corrente juntamente com o material de enchimento. Forma-se assim uma corrente compo sita que contém quer o material de enchimento quer o material f uri dido. A corrente ou pulverização composita ê depois dirigida no sentido de um alvo, de modo que o material de enchimento e o m£ tal fundido chocam contra a superfície do alvo a uma velocidade elevada para formar uma camada ou revestimento de um material susceptível de desgaste por atrito. Depois do impacto, o metal fundido forma uma matriz metãlica substancialmente continua na qual o material de enchimento estã embebido nos interstícios. 0 revestimento resultante e facilmente desgastãvel e é bem adapt£ do para ser usado na formação de vedações susceptíveis de desgaste por atrito.

Num aspecto preferido, o processo segundo a presente invenção ê realizado utilizando um aparelho de pulverização de ch£ ma de alta velocidade descrito no pedido de patente de inveji ção norte-americana N9 247 024, Neste pedido de patente de in. venção descreve-se um aparelho de pulverização de chama que iji clui uma porção de corpo com um furo para o material de aprovisionamento, com uma entrada adaptada para receber um material de aprovisionamento e uma saída que comunica com uma garganta convergente, A garganta convergente é de preferência alinhada coa-7Υ xialmente com o furo do material de aprovisionamento. 0 corpo inclui uma passagem para o combustível com uma entrada de receja ção do combustível e uma saída que envolve o furo do material de aprovisionamento e estã em comunicação com a garganta conver gente. A porção de corpo da pistola é ainda dotada com uma pas^ sagem do oxidante com uma entrada adaptada para receber um gas oxidante e uma saída em comunicação com a garganta. Portanto , a garganta recebe separadamente um combustível e um oxidante das saídas das passagens antes de qualquer mistura do combustível com o material de enchimento. A gargante inclui uma parede cónica que estã suficientemente afastada das saídas do combustível e do oxidante para proporcionar a mistura e a combustão parcial do combustível e do oxidante no interior da garganta. Por infla, mação do combustível e o oxidante, estabelece-se uma frente de chamam no interior da garganta que aquece rapidamente o combustível que entra, libertando energia pelas reacções químicas resultantes para proporcionar a força de accionamento para manter uma reacção de difusão contínua de alta velocidade. Deste modo, o material de aprovisionamento Õ acelerado através de uma saída no vértice da parede cónica. 0 vértice da parede cónica esta no alinhamento do furo do material de aprovisionamento, de modo que o material de aprovisionamento acelerado é dirigido através do cano da pistola no sentido da ponta, que se abre numa tubeira no furo rectilíneo. Numa forma de realização, os gases da combustão aquecidos que transportam o material de aprovisionamento estão a uma temperatura suficiente para fundir a ponta de um arame metálico, que é então atomizado pela corrente de gases a grande velocidade. Numa outra forma de realização, um conjunto de arco elêctrico com dois arames é incluído com o aparelho de Dulveriza

-8ção preferido de modo tal que o aquecimento pelo arco eléctrico dos arames funde as pontas dos mesmos, de modo que o metal fundi do é atomizado e arrastado na corrente que sai da garganta da pistola para formar uma pulverização compósita,

Num outro aspecto ainda, a presente invenção proporciona materiais susceptíveis de desgaste por atrito que apresentam uma uniformidade superior e que tem um teor de óxido metálico inferior ao de muitos materiais pulverizados de maneira convencional. Os materiais susceptíveis de desgaste por abrasão compreendem uma matriz de metal na qual um material de enchimento, de preferência um material não metálico macio e friável, esta disperso uniformemente na matriz. Numa forma de realização, os materiais susceptíveis de desgaste por atrito segundo a presente invenção compreendem vedações compósitas susceptíveis de desgaste por atri to para utilização em aplicações tais como vedações suceptíveis de desgaste por atrito em turbomotores, Os materiais e as vedações susceptíveis de desgaste por atrito segundo a presente invenção são formados utilizando o processo de acordo com a oreseji te invenção. Numa forma de realização preferida, os materiais susceptíveis de desgaste por atrito segundo a presente invenção compreendem uma matriz de metal na qual um plástico estã distribuído uniformemente nos interstícios da matriz,

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos, as figuras representam:·

A fig, 1, uma vista em corte transversal de um aparelho

-9/

de pulverização de chama preferido para utilização na realiz^ ção pratica do processo segundo a presente invenção, não estando ilustrados nesta vista, por uma questão de simplificação, nem o arame nem o mecanismo de avanço do arame;

A fig. 2, uma vista em planta do aparelho de pulverização de chama preferido para utilização na presente invenção, na qual esta representado o conjunto do arco com dois arames;

A fig. 3, uma representação esquemática que demonstra a formação de uma frente de chama na garganta convergente da pisto la de pulverização e a criação de uma corrente de partículas compósitas colimada que forma o material susceptível de desgaste por atrito segundo a presente invenção; e

A fig. 4, uma mierofotografia de um material susceptível de desgaste por atrito formado segundo a presente invenção, em corte transversal.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇAO PREFERIDAS

A presente invenção proporciona um novo material sus^ ceptível de desgaste por atrito e um processo para a fabricação do material susceptível de desgaste por atrito. Numa forma de realização preferida , o material segundo a presente invenção, e formado , como um revestimento susceptível de desgaste por atrito , na superfície de uma peça. Na sua forma de realização mais preferida, o revestimento susceptível de desgaste por atrito segundo a presente invenção compreende

u m a vedaçao susceotível de desgaste por atrito.

De acordo com o processo segundo a presente invenção, forma-se uma corrente de gases da combustão a alta temperatura e a velocidade elevada com um aparelho de pulverização de chama de combustão, estando a configuração mais Dreferida desse apare lho descrita no pedido de patente de invenção norte-americana N9 247 024, aqui incorporado por referencia. Os especialistas na matéria compreenderão, no entanto, que podem ser utilizados outros sistemas de pulverização, de preferencia de velocidade elt? vada, para acelerar as partículas do material de enchimento.

Fazendo agora referencia ã fig. 1 dos desenhos, o aparelho de pulverização de chama (10) estã ilustrado genericamente com uma caixa do queimadòr (12), que estã representada integrada com o cano (14). A parede cónica (16) da caixa (12) do queimador de_ fine uma garganta convergente [18) na qual se realiza uma reacção de detonação contínua. 0 furo (20) de fornecimento do material de aprovisionamento é definido pelo tubo (2 2) de alimentação do material de aprovisionamento, que e recebido estreitamente na caixa (24) do material de aprovisionamento, A caixa (24) do material de aprovisionamento estã, na forma de realização aoresentada, provida de uma extremidade roscada (26) que é recebida numa porção roscada da caixa (12) do queimador. Pode proporcio nar-se um colar (28) para facilitar o assentamento da caixa [24) do material de aprovisionamento na sua posição, A caixa [24) do material de aprovisionamento e o tubo (22) de alimentação do material de aprovisionamento estão disoostos no interior da tubei_ ra [30) de alimentação de combustível, de modo tal que se define

-11 uma passagem anular (32) para o combustível. A extremidade (34) da tubeira (30) é de preferência confca e montada oor pressão na caixa (12) do queimador.

A caixa (24) do material de aprovisionamento inclui um segundo colar ou porção de flange (36) que se aplica ã tubeira (30) do combustível. 0 colar (36) estã provido de canais longi tudinais alinhados axialmente com o furo (20) do material de aprovisionamento. 0 combustível que flui através da passagem anular (32) no sentido indicado pelas setas não é assim obstruído de maneira significativa pelo colar (36) durante o funcionamento. Isto e, o colar (36) tem uma superfície exterior com canais de modo tal que pode funcionar como um espaçador relativamente ã tubeira (30) de combustível e permitir ainda um fluxo substancialmente não obstruído de combustível através da passagem anular (32) do combustível. De uma maneira analoga, a porção terminal (38) da tubeira (30) do combustível estã provida de uma série de canais longitudinais substancialmente paralelos. Mais uma vez, esta construção com canais permite que a porção terminal (38) da tubeira (30) do combustível se ajuste ã parede cónica (16), ao mesmo tempo que permite que o oxidante flua atra^ vés da passagem anular (40) do oxidante para o interior da garganta convergente (18). A passagem anular oxidante (40) ê um anel definido por secções (42) e (44) da caixa (12) do queimador. Deve notar-se que a secção (44) proporciona também a parede cõnj_ ca (16), A fim de fixar rigidamente a secção (44) na secção (42), esta ultima Õ roscada para receber uma porção roscada da secção (44).

-12/ ~

Conduzindo ao interior da passagem (32) do combustível, proporciona-se a passagem (48) de alimentação do combustível que se estende através da porção terminal (50) da caixa (12) do queimador e esta em comunicação de fluidos com a passagem anular (32) do combustível. Esta passagem contínua serve como um canal através do qual se transporta um combustível Dara uma frente de chama na parganta convergente (18), Analogamente, a passagem anular (40) do oxidante estã em comunicação de fluidos com a pa£ sagem de entrada (52) do oxidante. A porção terminal (50) inclui a união de ligação (54) que pode ser roscada para a ligação de um tubo flexível de alimentação do material de aprovi si onameji to, como se explicara com mais pormenor po processo segundo a presente invenção. No furo (20) do material de aprovisionamento é introduzido um material de enchimento, através da união de lj_ gação (54 ) .

A ãrea da secção transversal do furo (20) do material de aprovisionamento e de preferência menor do que a ãrea da secção transversal da passagem (32) anular para o combustível e a passagem anular (40) do oxidante, de modo que se fornece material de aprovisionamento em põ para o interior da garganta convergeji te (18) com uma velocidade suficiente oara se deslocar através da garganta convergente (18). 0 furo de alimentação (29) e geralmente menor do que cerca de 15% das áreas das secções transversais quer da passagem anular (32) do combustível quer da oas_; sagem anular (40) do oxidante. Também, a relação entre o diâme tro do furo (20) de alimentação e o diâmetro interno da passagem (56) da pulverização ê geralmente de cerca de 1;5. A relação e£ tre as ãreas das secções transversais ê assim genericamente de

-13cerca de 1:25.

cano (14), que ê uma tubeira com um furo tubular recti_ 1 ί n e o , inclui uma secção cilíndrica oca (46) que define a passagem (56) para a pulverização, Como se descrevera mais complet£ mente, as partículas de um material de aprovisionamento de enchj_ mento, a alta velocidade, são impelidas através da passagem (56) como uma corrente colimada. Para evitar o aquecimento excessivo da parede (46) do cano e para prooorcionar uma acção aqui designada por aperto térmico, um fenômeno que mantém e favorece a colimação da corrente de partículas, proporeiona-se a camisa pe£ mutadora de calor (53), que define uma câmara anular (69) de per muta de calor. A câmara (60) de permuta de calor ê limitada ao cano (14), de modo que não se retira calor directamente da garganta convergente (18). Em utilização, faz-se passar através da câmara de permuta de calor (60), por intermédio de um canal (62) e (64), um meio de permuta de calor, tal como água. Tubos flexíveis (não representados) estão ligados, cada um deles, numa extremidade , a uniões de ligação (66) e (68) para fazer circular o meio de permuta de calor através da câmara de permuta de calor (60).

Fazendo agora referência ã fig. 2 dos desenhos, o apare lho de pulverização de chama (10) inclui meios para fornecimen- > to de um metal fundido aqui ilustrados sob a forma de um conjuji to de arco eléctrico com dois arames (não representados na fig,

1, para simplicidade), 0 conjunto de arco eléctrico (70) inclui um carro (72) que aloja guias (74) e (76) para os arames. As guias (74) e (76) para os arames são proporcionadas para guiar os arames (78) e (80) com uma velocidade pré-determinada para a

-14zona de arco (82). 0 ângulo formado pelos arames (78) e (80) é de preferência menor do que cerca de 6Q°, na maioria das aolica ções. Num processo aqui preferido, faz-se saltar e mantém-se continuamente entre as extremidades dos electrodos de arame num arco eléctrico com uma intensidade pré-determinada, Numa outra forma de realização, o calor da corrente de gases da combustão colimada funde as pontas dos arames (78) e (80), Pode ser apropriado em algumas aplicações utilizar um arame unico (78), fundindo o calor dos gases de combustão o arame. Na forma de realização descrita, os arames (78) e (80.) são avançados continuamente no sentido de um ponto de intersecção na zona do arco (82) ã^medida que são fundidos e consumidos sob a forma de metal fundido atomizado. Embora a distância entre a zona de arco (82) e a extremidade do cano (18) não seja crítica e possa ser ajustada para regular varias caracteristicas do revestimento ou do pro duto que é formado durante a operação de pulverização , as extremidades dos arames (78) e (80) estão de preferência situadas a cerca de 4 a 10 cm da extremidade do cano (14) na maioria das aplicações. 0 arco e as extremidades dos arames de metal fundi_ das devem ficar posicionadas no interior da corrente de partíci£ las colimada que sai do cano (14), isto é, ao longo do eixo lon gi tudi nal do cano (14) .

Pode usar-^se um certo numero de fontes de combustível e oxidante segundo a presente invenção. Podem ser apropriados com bustíveis e oxidantes gasosos, líquidos ou sob a forma de partículas, como se descreve no referido pedido de patente de invenção norte-americana . Para o oxidante, são apropriados a maior parte dos gases que contêm oxigénio, Para utilização neste ca-15co ê particularmente preferido oxigénio substancial mente puro. Os gases combustíveis apropriados para obter a impulsão de elevada velocidade dos materiais da pulverização na presente inver[ ção são os hidrocarbonetos gasosos, de preferencia propano ou propileno de elevado grau de pureza, que produzem reacções de oxidação de elevada inércia. Podem também ser apropriados o hj_ drogénio e outros combustíveis líquidos e gasosos, em algumas aplicações. Na presente invenção, a temperatura da chama e, por tanto, a temperatura do material de aprovisionamento de enchimeji to, pode ser controlada por uma escolha adequada do combustível, bem como pelo controlo das pressões dos gases e do tempo de permanência das partículas do material de aprovisionamento na garganta convergente (18) e no furo (56),

Também, controlado a composição do combustível e a pre£ são do gas, pode obter-se uma larga gama de velocidade das parti cuias. A pressão do gãs combustível preferida esta compreendida entre 1,4 e 7,0 kg/cm (20 a 100 psig) e mais preferivelmente ejn 2 ~ tre 2,8 e 4,9 kg/cm (70 psig). A pressão do gas oxidante estarã tipicamente compreendida entre cerca de 1,4 e cerca de 7,0 2 kg/cm (20 a 100 psig) e de preferencia entre cerca de 2,8 e ce£ 2 ca de 5,6 kg/cm (40 a 80 psig), para a maioria das aplicações. Quando se funcionar dentro destes limites, as velocidades dos produtos da combustão que saem do cano (14) serã supersónica e significativamente mais elevada do que as velocidades de outras pistolas de pulverização de chama comerciais convencionais, em condições de funcionamento semelhantes, Compreender-se-ã que a natureza do gãs combustível e as suas características de caudal de massa determinam a velocidade,

-16Com referência ã ffg, 3 dos desenhos, o aparelho de pul_ verização de chama (10) esta representado esquematicamente, seji do injectado um material de aprovisionamento de enchimento ΟΙθΣ através do furo do material de aprovisionamento C20J, Nesta for ma de realização, o material de enchimento (Ί10) encontra-se sob a forma de particulas em po e é arrastado num gãs de transporte, de preferência um gãs que seja inerte relativamente aos matéria is aplicados por pulverização, A frente de chama (112) e a zona de depressão (114) estão representdadas na gargante (18). Depois da atomização das pontas de metal fundido dos arames (78) e (80) , forma-se uma corrente compósita (115) que choca com o alvo (116) para formar uma camada de material susceptível de desgaste pelo atrito (118) segundo a presente invenção.

Vãrios materiais de aprovisionamento são apropriados para utilizar na formação dos materiais susceptíveis de desgaste por atrito segundo a presente invenção, 0 material de enchimen_ to mais preferido para esta utilização e um material plástico , Tal como e aqui usada, a expressão material de enchimento define-se da seguinte maneira; um material que ê substancialmente termicamente estãvel física e quimicamente, antes de o material ser pulverizado, durante a pulverização segundo a presente inveji ção e no ambiente de serviço do material final susceptível de desgaste por atrito. Além disso, o material de enchimento prefe rido tem um valor da dureza menor do que o material a utilizar para desgastar o material susceptível de desgaste por atrito, i^ to ê, é mais macio do que o material de que é feita a peça movei que entra em contacto com o material susceptível de desgaste por atrito, Finalmente, o material de enchimento preferido é quimi-17camente estável com o material da matriz durante a pulverização segundo a presente invenção e durante o serviço do revestimento susceptível de desgaste por atrito. Ouando o material de enchi_ mento for fornecido como põ, tem também de ser fluente. Também, os materiais de enchimento preferidos usados na presente invenção não são significativamente degradados termicamente no proces^ so do fabrico do material susceptível de desgaste por atrito. Em bora o material de enchimento seja de preferencia proDorcionado sob a forma de partículas, por exemplo sob a forma de um pÕ, pode também apresentar-se na forma de uma barra.

Portanto, em geral, são aqui preferidos materiais de ejn chimento macios e friáveis, podendo ser orgânicos ou inorgânicos. Os materiais de enchimento particularmente preferidos são políme ros sintéticos do tipo usado como plásticos, fibras ou elastõme^ ros. Os polímeros naturais que tenham as características deseja^ das podem também ser apropriados. Os polímeros- ou copolímeros sintéticos preferidos incluem as resinas acrílicas, tais como os polímeros ou copolímeros de ãcido acrílico, do ãcido metacrílico, ésteres destes ãcidos e acri1onitri1 os. São também preferidos para utilizar aqui as bis-ma1eimidas produzidas por condensação de uma diamina com anidrido maleico, por exemplo por condensação de meti 1eno-diani1ina com anidrido maleico; plásticos fluorados, tais como o politetraf1uoreti1eno e o fluoreto de polivinilo; co poliésteres tota1 mente aromãticos, tais como polímeros cristalinos líquidos, por exemplo os que são vendidos com a designação íT) fR) comercial Xydar¹—^J pela Amoco Chemicals Corp. e Vectra pela

Hoechst Celanese; po1iamida-imi das , por exemplo a que é vendida _ ΖρΛ com a designação comercial Torlon^-' pela Amoco Chemicals Corp.;

-Ιδροί i imidas , quer termoplásticas, quer termoendurecíveis; políme ros de sulfonas, incluindo polissulfonas, poliarilssulfonas e polieterssulfonas; poliesteres plásticos, tais como poli esteres aromáticos, de preferencia poliacri1 atos feitos a partir de iso- etereftalatos com um homopoliêster aromático de bis feno 1 , tereftalato de polibuti1eno, tereftalato de polietileno, copoliester totalmente aromático; resina silicõnica; resina epoxídi ca; poliéter-étercetona e sulfureto de polifenileno . Geralmente, a maioria dos materiais termoplãsticos e dos plásticos ternw endurecíveis com as características descritas são apropriados para utilizar na presente invenção como componente do material de enchimento. Os materiais termoplásticos e os plásticos termoendurecíveis utilizáveis na presente invenção abrangem uma

1 arga	gama	de	pesos	moleculares,	por	exemplo de cerca de 2 000 a
cerca	de 1	500	000.	Podem também	ser	apropriados valores fora
desta	gama	bem	como	monómeros, e	pré-	polímeros.

Como se mencionou, o material de enchimento aqui usado para o material susceptível de desgaste por atrito resultante de ve ser macio e friável para produzir um material susceptível de ser desgastado por atrito tendo as características desejadas. Além dos polímeros, outros materiais não metálicos usados de pre ferência como componente do material de enchimento segundo a pre sente invenção incluem materiais lubrificantes solidos, tais co mo o nitreto de boro, o fluoreto de cálcio, o sulfureto de molib dénio, o carbono fluorado (não grafítico), a grafite-f1uorada, o carbono não grafítico e a grafite, bem como combinações dos mesmos.

-19Alguns materiais cerâmicos macios são também apropriados como material de enchimento, tal como o carbonato de cálcio; argilas, tais como caolino e a bentonite; fosfatos de cálcio; wollastonite; pirofilite; perlite, gesso, barite, alumina hidratada, sílica e diatomite, incluindo diatomite calcinada, e as suas combinações. Em geral, a maioria dos materiais não abrasivos que não endureçam indevidamente no processo de pulverização de chama são aceitáveis. Alem disso, pode ser apropriado utilizar certos metais macios como componente de enchimento na presente invenção.

material de enchimento da forma de realização preferida segundo a presente invenção é um pÕ, de preferencia com dimeji sões das particulas compreendidas entre cerca de 5 e cerca de 100 micrÕmetros, embora possam ser aorooriados diâmetros fora destes limites, em algumas aplicações. Os dõs de enchimento mais vantajosos tem um diâmetro das particulas compreendido entre cer ca de 15 e 70 micrÕmetros, 0 põ do material de enchimento deve ser fluente dentro dos requisitos do aparelho de pulverização e deve ter uma distribuição das dimensões razoavelmente estreita, de modo a não existirem excessivas partículas finas ou partículas grandes. As técnicas usadas para produzir estes põs serão bem conhecidas dos especialistas na matéria.

Como foi mencionado, o metal Dara a matriz metálica do material susceptível de desgaste por atrito segundo a presente invenção é proporcionado de preferência sob a forma de arame, es tando uma das suas extremidades posicionada no trajecto da corrente dos gases de combustão na qual o material de enchimento é

arrastado, como se mostra na fig. 3 dos desenhos. Pode utilizar-se um arame único, obtendo-se a fusão da sua ponta por meio do calor dos gases de combustão. Em alternativa, como se mostra na fig. 3, podem usar-se dois arames, estabelecendo ou não um arco eléctrico entre as pontas dos dois arames. Quando se estabelece o arco eléctrico, o arco eléctrico entre os dois arames funde as pontas dos mesmos, proporcionando a fonte de metal fundido que é então atomizado pela corrente gasosa. Quando se usam dois arames, eles podem ser do mesmo metal ou de metais diferentes. Por conseguinte, o arame tem de ser consumível por um destes meios.

Os metais que são apropriados para utilização na preseji te invenção para formar o componente da matriz metálica do material susceptível de desgaste por atrito são de preferência forne eidos sob a forma de arame. Os metais Dreferidos incluem o a 1 £ mínio e as suas ligas, tais como o alumínio 1 100, 1 350 e outras séries 1XXX; ligas de alumínio/cobre nas séries 2XXX; ligas de al umí ni o/s i'l í ci o , tais como as 4043, 4047 e outras da serie 4XXX; ligas de a 1umínio/magnêsio, tais como a 5356 e outras da serie 5XXX; ligas de a 1umínio/magnesio/si l í cio da série 6XXX e ligas de alumínio/titanio. São também apropriados o cobre e as suas li^ gas, incluindo o cobre UNS C10100Q-C15735, as ligas de cobre/aljj mínio, tais como a UNS C60600-C64400 (bronze de alumínio), ligas de cobre/níquel, tais como a UNS C70100-C72500. São também apro priados o níquel e as suas ligas, incluindo o níquel UNS N02200, UNS N0220.1 e UNS N02205, ligas de níquel/cobre, incluindo as UNS N044Q0, UNS N04404 e UNS N04405 e as ligas de níquel/cobre, tais como a UNS N06003. Outros metais que são apropriados para utili zação na formação da matriz metálica dos revestimentos susceptí-21veis de desgaste por atrito segundo a presente invenção são as superligas de níquel e/ou cobalto e as ligas para altas temperaturas ou ligas resistentes ã corrosão. São preferidas as ligas de formula geral MCrAlX, na qual M representa um atomo de Fe Ni ou Co ou as suas combinações; X representa um metal das terras raras, incluindo La, Ge, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf e as suas combinações ou X representa Zr, Si e as suas combinações. São também preferidos para esta utiliza^ ção compostos intermetalicos, incluindo os aluminietos de Ni, de Ti e similares. São também apropriados aços, incluindo os aços de baixo teor de carbono, aços de liga e aço inoxidável. Também são aceitáveis metais puros, incluindo o níquel, o cobalto, o ferro, o alumínio e quaisquer outros metais que possam ser formados como arames.

calibre do arame não é crítico, mas estarã geralmente na gama de diâmetros de cerca de 0,76 a cerca de 6,35 mm (0,030 a 0,25). Podem ser apropriados também valores fora destes 1 imj_ tes. A medida que as pontas de metal fundido dos arames são at£ mizadas, faz-se avançar o arame ou os arames no sentido da corrente, com uma velocidade que proporcione um fornecimento constante de metal fundido atomizado.

Uma das muitas vantagens proporcionadas pelo aparelho de pulverização de chama (10) é a capacidade para regular a velocidade a que se injecta o material de enchimento em partículas no interior da frente da chama. Ao contrário de muitos disposi tivos, o aparelho de pulverização de chama (10) permite a regula^ ção independente da taxa de injecção das partículas, a taxa do

-22fluxo do gãs combustível e a taxa do fluxo do gãs oxidante. As partículas do material de aprovisionamento são injectadas no interior da frente da chama por uma corrente independente de um gãs de transporte inerte. Permitindo a regulação indepeji dente das taxas de fluxo, reduz-se substancia 1mente a turbulência na garganta convergente (18), mantendo-se a pressão do gãs de suporte num valor mais elevado do que o da pressão do gas combustível, o que aumenta a velocidade das partículas. A gama dos valores da pressão do gãs de suporte é de preferência de o cerca de 2,8 a 4,9 kg/cm (40 a 70 psig), mais preferivelmente de cerca de 3,5 a 4,2 kg/cm (50 a 60 psig), e mais preferj_ velmente sempre superior ã pressão do gãs combustível. Também, embora as dimensões relativas das saídas (33) e (41) representadas na fig. 3 possam variar largamente, como se mencionou, o dia metro interior do tubo (22) de alimentação do material de aprovisionamento pode ser consideravelmente menor do que a secção trans versai da passagem anular (32) do gãs combustível ou a passagem anular (40) do oxidante. A relação entre as ãreas das secções transversais do furo (20) de alimentação do material de aprovisionamento e o da passagem de pulverização (56) do cano (14) é geralmente de cerca de 1:25, para reduzir a probabilidade de as partículas do materail de enchimento contactarem e aderirem ã superfície interna do cano (14) durante a pulverização. Manter^ do a pressão do gas combustível acima de cerca de 3,5 kg/cm (50 psig), quando a pressão do gãs combustível for de cerca de 3,2 2 ~ a 4,6 kg/cm (45 a 65 psig) e a pressão do gas oxidante de cerca 2 de 4,9 a 6,3 kg/cm (70 a 90 psig), evita-se um fenómeno designado por cintilação, que se verifica ãs baixas pressões do gas de transporte. A cintilação resulta do movimento radial das partículas que podem aderir ã parede cónica (16) e crê-se que

-23ocorre às pressões mais baixas do gãs de transporte devido ao ai[ mento da turbulência. Assim, mantendo-se a pressão do gãs de transporte com valores elevados reduz-se a turbulência.

A medida que as partículas do material de enchimento se deslocam no interior da garganta convergente (18), a energia tê_r mica e cinética das partículas aumenta substancial mente, devido a uma reacção exotérmica. As partículas do material de enchimen to energéticas passam através da garganta convergente (13) para formar uma corrente colimada de partículas com energia elevada que são impelidas numa trajectÕria substancia 1 mente rectilínea através da passagem (56) do cano (14). Como foi mencionado, há também uma redução do movimento turbulento radial das partículas da pulverização. Proporeionando-se um fluxo não turbulento de gãs para o interior da garganta convergente (18) e sustentando uma reacção de difusão contínua de alta velocidade confinada ã garganta convergente (18), axial, consegue-se obter um fluxo dos gases da combustão e das partículas de material de enchimento substancialmente não turbulento, do que resulta uma corrente de partículas de alta velocidade colimada. Também, ã medida que a corrente de partículas passa através do cano (14), reduz-se a dispersão da corrente de partículas removendo calor da parede (46) do cano com a camisa (58) permutadora de calor. Arrefecendo o cano (14) deste modo, cria-se um aperto térmico que reduz ainda mais qualquer movimento radial das partículas com energia no sentido das paredes do cano (14).

Â medida que a corrente colimada de partículas sai do ca^ no (14), passa pela zona de arco (82). Durante esta passagem ,

alimentam-se com corrente eléctrica os arames (78) e (80), na forma de realização mais preferida, para criar um arco eléctrico sustentado entre as extremidades dos arames. Uma tensão suficiente para manter um arco entre as extremidades dos arames (78) e (80) é mantida por meio de alimentação apropriado. £ g£ ralmente suficiente uma tensão entre cerca de 15 e cerca de 30 V, A medida que se forma metal fundido nas extremidades do arame a corrente de partículas atomiza o metal fundido. Para manter o arco eléctrico e, como se mencionou, para proporcionar um abast£ cimento contínuo de metal fundido para a corrente de pulverização, faz-se o avanço dos arames (78) e (80) com uma velocidade pré-determinada. A medida que o metal fundido é atomizado, forma-se uma corrente (115) de partículas combinada ou compósita , que contêm quer o material de enchimento, quer o metal fundido atomizado. Embora seja criada alguma turbulência pela presença dos arames (78) e (80), a corrente de partículas compósita mantém uma boa colimação. A corrente compósita é depois dirigida para o alvo (116), onde forma o material (118) susceptível de desgaste por atrito segundo a presente invenção.

A matriz metálica do revestimento resultante numa vedação susceptível de desgaste por atrito comercial tipicamente pre ferida compreende cerca de 40 % a cerca de 95 %, em volume, de revestimento susceptível de desgaste por atrito, compreendendo o componente do material de enchimento cerca de 5 % a cerca de 60%, em volume, de material susceptível de desgaste por atrito. Numa aplicação específica, o processo segundo a presente invenção ê usado para formar um revestimento susceptível de desgaste por atrito na superfície de uma peça, Numa forma de realização -25mais preferida, a presente invenção compreende a formação de uma vedação susceptível de desgaste por atrito para uma peça mõvel , tal como a vedação susceptível de desgaste por atrito de turbomo tores. Neste aspecto, o processo segundo a presente invenção Õ utilizado para formar um revestimento susceptível de desgaste Dor atrito na superfície interior do aro de protecção das pãs da tu£ bina. Uma vez solidificado o revestimento, fazem-se rodar as pãs do turbomotor, para cortar ranhuras no revestimento susceptí vel de desgaste por atrito para formar uma vedação susceptível de desgaste por atrito perfeitamente ajustada.

exemplo seguinte é dado para descrever mais completamente a presente invenção não devendo entender-se como limitativo do seu escopo.

EXEMPLO

Utilizando uma pistola de pulverização substancialmente como a representada nas fig. 1 a 3 do desenhos, formou-se um material susceptível de desgaste por atrito da seguinte maneira: fez-se o avanço de dois arames de alumínio 1100 com um diâmetro de 1,59 mm £1/16), ã velocidade de 34,5 g/m, para o interior da corrente de pulverização. 0 componente de material de enchimento foi uma poliimida termoplástica, que foi fornecida axialmente para o interior da corrente de gãs de combustão, da maneira atrãs desrita, com um caudal de cerca de 15 g/mjnuto. As dimensões do põ de termoplástico eram substancialmente de -140 a +325 mesh .

gãs oxidante foi oxigénio substancia 1 mente puro, com um caudal de 225 1/minuto. Utilizou-se propileno como gas combustível, com um caudal de 46 1/minuto. Foram ensaiados dois gases de trans-26porte do po, azoto a 85 l/minuto e diõxido de carbono a 67 1/minuto. A distância entre o alvo e a pistola, medida na zona do arco, era de cerca de 29 cm (11,5). A velocidade dos gases de combustão era aproximadamente sónica, 0 material susceptível de desgaste por atrito resultante esta representado em corte transversal na fig. 4 , que e uma microfotografia,

Embora tenha aqui sido ilustrada e descrita uma forma particular da presente invenção, compreender-se-a, evidentemente, que a invenção não se limita ã mesma, pois podem introduzir-se muitas modificações, em particular pelos especialistas na matéria, dentro do espirito da presente invenção. Pretende—se pois que as reivindicações anexas cubram todas essas modificações de£ de que se enquadrem dentro do verdadeiro espírito e escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para a fabricação de um material desgastãvel por fricção, caracterizado por incluir as fases seguintes:

fornecimento de uma carga de enchimento para o interior de uma corrente de gasese da combustão a temperatura elevada para arrastar a referida carga de enchimento nos referidos gases de combustão;

atomização de um metal fundido com a referida corrente de gases da combustão a temperatura elevada que contém a referida carga de enchimento arrastada de modo tal que o referido metal fundido atomizado é arrastado na referida corrente juntamente com a referida carga de enchimento em põ;

orientação da referida corrente de gases de combustão a temperatura elevada tendo a referida carga de enchimento arrastada e o referido metal fundido atomizado arrastado para um alvo;

formando a referida carga de enchimento e o referido metal atomizado arrastados na referida corrente dos gases de combustão a alta temperatura um depósito sobre o alvo, compreendendo o referido depósito um material desgastável por abrasão que tem uma matriz metálica na qual está embebida a carga de enchimento.

-282. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida corrente de gases de combustão ser formada numa pistola de pulverização de combustão a uma velocidade supersónica.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida carga de enchimento em pó estar sob a forma de um material em partículas.
4.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal fundido ser fornecido colocando a ponta de pelo menos um arame metálico na referida corrente de gases da combustão a alta temperatura tendo a referida carga de enchimento arrastada de modo tal que a referida ponta de arame metálico seja fundida pelos referidos gases da combustão.
5.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal fundido ser fornecido proporcionando dois arames metálicos e meios para fornecer uma corrente eléctrica aos referidos arames, e estabelecendo um arco eléctrico entre as

29pontas dos referidos arames, sendo o referido arco eléctrico suficiente para fundir as referidas pontas dos referidos arames metálicos .
6. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida carga de enchimento em põ ser de pó de um polímero sintético escolhido do grupo formado pelos polímeros termoestáveis, os polímeros termoplásticos e suas combinações.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteririzado por a referida carga de enchimento em põ ser um pó de um material lubrificante sólido escolhido do grupo formado por nitreto de boro, fluoreto de cálcio, sulfureto de molihdénio, carbono não grafítico fluorado, grafite fluorada, carbono não grafítico, grafite e suas combinações.
8. -. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida carga de enchimento ser um pó cerâmico escolhido do grupo formado por carbonato de cálcio, caolino, bentonite, fosfato de cálcio, wollastomite, pirofilite, permite, gesso, farite, alumina hidratada, sílica, diatomite, diatomite calcinada e suas combinações.
9.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida carga de enchimento ser proporcionada sob a orma de uma barra.
10.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal fundido ser escolhido do grupo formado por alumínio, ligas de alumínio/silício, ligas de alumínio/magnésio, ligas de alumínio/magnésio/silício e ligas de alumínio/titânio, cobre, ligas de cobre/alumínio, ligas de cobre/níquel, níquel, ligas de níquel/cobre, ligas de níquel/crõmio e superligas ã base de cobalto, e suas combinações.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal fundido ser uma liga McrAlX, sendo X escolhido do grupo formado pelos metais das terras raras, Y, Hf, Zr e Si; e sendo M= Fe, Ni, Co, e suas combinações.
12. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o metal fundido ser escolhido do grupo dos aluminetos de níquel e dos aluminetos de titânio.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal fundido ser escolhido do grupo formado por aços incluindo o aço de baixo teor de carbono, ligas de aço e aço inoxidável.
14. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri-31zado por o referido metal fundido ser escolhido no grupo dos metais puros formado por níquel, cobalto, ferro, cobre e alumínio e suas combinações.
15.- Processo para a formação de um revestimento desgastável por abrasão, caracterizado por incluir as fases de:

injecção de uma matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento em partículas substancialmente axialmente no interior de uma corrente de gases da combustão a temperatura elevada que flui através de uma pistola de pulverização de modo tal que a referida matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento é arrastada na referida corrente dos gases da combustão a temperatura elevada;

atomização de uma extremidade de pelo menos um arame metálico fundido mediante a colocação da referida extremidade do referido arame metálico no trajecto da referida corrente de gases da combustão a temperatura elevada de modo tal que o referido metal fundido é arrastado na referida corrente juntamente com a referida matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento em partículas;

orientação da referida corrente que arrasta a matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento em partículas e o referido metal fundido atomizado para uma superfície que se pretende revestir; e revestimento da referida superfície com a referida matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento em partículas e o referido metal fundido proveniente da referida corrente para formar um revestimento desgastãvel por abrasão na referida superfície, incluindo o referido revestimento desgastãvel por abrasão uma matriz metálica substancialmente contínua, sendo os interstícios da referida matriz metálica preenchidos com a referida matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento ém partículas .
16.- Processo para a formação de um revestimento compósito com uma matriz metálica desgastãvel por abrasão para ser usado como vedação desgastãvel por abrasão, caracterizado por compreender as fases de:

injecção de uma matéria prima de aprovisionamento em põ por introdução da referida matéria prima substancialmente axialmente no interior de uma corrente de gases da combustão de elevada velo cidade, expandindo-se rapidamente a temperatura elevada, numa pistola de pulverização;

atomização de um metal fundido mediante a orientação da refe rida corrente de gases da combustão a temperatura elevada que transporta a referida matéria prima como carga de enchimento em põ, na ponta de pelo menos um arame metálico de modo tal que se forma uma corrente compósita de gases da combustão a alta tempera tura, a velocidade elevada, na qual são arrastados a referida matéria prima de aprovisionamento como carga de enchimento em põ e referido metal fundido; e depósito da referida carga de enchimento e do referido metal fundido numa superfície mediante a orientação da referida corrente compósita para a referida superfície de modo tal que a referida carga de enchimento e o referido metal fundido chocam com a dita superfície com uma velocidade elevada para formar um revestimento compósito desgastável por abrasão na referida superfície para servir de vedação desgastável por abrasão.
17.- Processo para a fabricação de um material, caracterizado por compreender as fases seguintes:

fornecimento de uma carga de enchimento para o interior duma corrente de gases da combustão a temperatura elevada para arrastar a referida carga de enchimento nos referidos gases da combustão;

atomização de um metal fundido com a referida corrente de gases da combustão a temperatura elevada que arrasta a carga de enchimento de modo tal que o referido metal fundido atomizado é arrastado na referida corrente juntamente com a carga de enchimento em pó;

orientação da referida corrente de gases da combustão a temperatura elevada que arrasta a carga de enchimento e o referido metal fundido atomizado para um alvo;

formando a referida carga de enchimento o referido metal atomizado arrastados na referida corrente dos gases da combuatão a temperatura elevada um depósito sobre o referido alvo, sendo ο referido depósito constituído por um material que possui uma matriz metálica na qual está embebida a carga de enchimento.
18.- Processo para a fabricação de um material de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a referida carga de enchimento ser um plástico e o referido metal ser escolhido do grupo formado por cobre e ligas de cobre,