BRPI0400264B1 - liga de alumìnio fundido, camada base feita a partir de uma liga de alumìnio para um elemento de mancal e elemento de mancal. - Google Patents

Description

LIGA DE ALUMÍNIO FUNDIDO, CAMADA BASE FEITA A PARTIR DE UMALIGA DE ALUMÍNIO PARA XJM ELEMENTO DE MANCAL E ELEMENTO DEMANCAL

Esta invenção refere-se a uma liga de alumíniofundido com uma matriz de alumínio na qual estãoincorporadas uma fase macia e partículas duras, a fasemacia sendo um elemento de um primeiro grupo de elementosque consiste em estanho, antimônio, índio e bismuto e aspartículas duras sendo escândio e/ou zircônio e pelo menosum elemento de um segundo grupo de elementos que consisteem cobre, manganês, cobalto, cromo, zinco, magnésio,silício e ferro, assim como escândio e/ou zircônio ou fasesintermetálicas de escândio, zircônio com alumínio oualumínio com os elementos do segundo grupo, uma camada basepara um elemento de mancai feito a partir daquela, que podeestar posicionado entre um invólucro protetor e uma camadade rolamento do elemento de mancai, assim como um elementode mancai com um invólucro protetor, uma camada derolamento e uma camada base posicionada entre aqueles.

Ao lado de muitas outras tendências dedesenvolvimento na indústria atual de construção demotores, existem dois aspectos principais que podem serapontados. Antes de tudo, os motores estão-se tornando cadavez mais potentes e, em segundo lugar, estes motores estão-se tornando cada vez mais leves. 0 denominado "carro detrês litros", que é anunciado nas diversas mídias aintervalos regulares, é um exemplo desta tendência. Estasespecificações adotadas pela indústria automobilísticativeram um impacto nas diversas indústrias de fornecimentode acessórios, tais como os fabricantes de elementos demancais, por exemplo. Como resultado, mancais, tais comomancais de deslize, foram conseqüentemente desenvolvidos emanos recentes. 0 ponto de partida foi originalmente omancai de camada única, a partir do qual o atual mancai demúltiplas camadas foi desenvolvido com a finalidade desatisfazer os diversos requisitos colocados em taismancais, tais como capacidade para suportar carga,capacidade de lubrificação, etc.. Este tipo de mancaiconsiste geralmente em um invólucro protetor (normalmentefeito de aço) projetado para absorver tensão mecânica,sobre o qual é aplicada uma camada da respectiva liga demancai. Outra camada fina, também conhecida como"revestimento", é geralmente colocada sobre a liga demancal, a qual pode ser produzida de modo galvânico, porexemplo. Esta outra camada muito fina contém geralmente umaproporção muito elevada das chamadas fases macias, taiscomo chumbo ou estanho, por exemplo, que conferem a estacamada a capacidade para se adaptar e engastar materialdesgastado das peças a serem montadas, tais como eixos.

Devido à espessura fina deste "revestimento", esta camada étambém capaz de suportar mecanicamente um grau suficientede tensão e funciona como a denominada camada de rolamento.A camada metálica inferior de mancai garante que o mancaitambém permaneça em funcionamento mesmo se a camada derolamento estiver excessivamente gasta, finalidade estapara a qual esta camada metálica de mancai contém tambémuma proporção adequada, das chamadas fases macias. Com afinalidade de impedir que as fases macias migrem da camadade rolamento para dentro da camada metálica de mancai,impedindo deste modo um grau de fragilidade que ocorreriaem caso contrário, pode ser propiciada uma barreira entre ometal de rolamento e de mancai para impedir migração, porexemplo, de estanho. Esta barreira de difusão pode serfeita de níquel.

É também prática comum aplicar uma películadenominada de aglutinação entre o invólucro protetor e ometal de mancai, com a finalidade de compensar aspropriedades específicas para os materiais das duas camadascom o objetivo de obter coesão suficiente do mancai, mesmoquando submetido a grande tensão. Esta película deaglutinação pode ser feita de alumínio, por exemplo.

Um mancai deste tipo é conhecido a partir daespecificação da patente WO 98/17833 A. Esta patente WO-Adescreve especialmente uma liga de alumínio para umacamada, especificamente para um mancai de deslize, que éisenta de silício exceto para as impurezas que resultam doprocesso de fundição e, além de estanho, contém comoelemento principal de liga, pelo menos um elemento do grupode elementos que consiste em chumbo e bismuto, por um lado,e do grupo que consiste em magnésio e zinco, por outro. Aproporção mínima de estanho é 16% em peso. Todos os outroselementos na liga estão limitados a no máximo 11% em peso.A proporção do elemento respectivo do grupo que tambémcontém antimônio e índio além de chumbo e bismuto estáentre 10% e 75% da solubilidade máxima do respectivoelemento em relação ao teor total de estanho.

A partir dos fundamentos da técnica, foi sugerido -por exemplo, na especificação da patente WO 97/22725 A -que, com a finalidade de melhorar as propriedadestribológicas, as ligas de alumínio para mancais de deslize,que contêm estanho como elemento principal da liga, devamconter uma substância dura adicionada selecionada a partirde pelo menos um elemento do grupo que consiste em ferro,manganês, níquel, cromo, cobalto, cobre, platina, magnésioe antimônio com a finalidade de criar fases intermetálicas,por exemplo, aluminidos, nas regiões de fronteira damatriz, em cujo caso outro elemento de um segundo grupo deelementos que consiste em manganês, antimônio, cromo,tungstênio, nióbio, vanádio, cobalto, prata, molibdênio ezircônio deve ser adicionado como um substituto para umaparte de pelo menos uma substância dura do primeiro grupode elementos com a finalidade de aumentar aluminidos quaseesféricos ou cúbicos. Isto reduz o efeito de entalhe destaspartículas duras, de modo que a liga de alumínio possaconter uma maior proporção de fases macias, o que tambémespecificamente melhora a resistência ao atrito.

As propriedades que podem ser alcançadas a partir demetais de mancais representam sempre soluções decompromisso. Por um lado é desejável melhorar a resistênciade tais metais de mancais ou ligas de metais de mancais aoatrito pelo aumento dos materiais macios tais como estanhoou chumbo, como descrito acima, mas isto pode apenas serobtido à custa de resistência a tensão mecânica. Com afinalidade de aumentar a resistência a tensão mecânica, foisugerido no estado da técnica que fosse adicionado silício,entre outros materiais, à liga. Uma liga deste tipo éconhecida a partir da especificação de patente DE 197 30549 Al. Esta patente DE-Al descreve uma liga de alumínioque contém entre 10% em peso e 25% em peso de estanho,assim como cobre, níquel e manganês adicionados, que podemser adicionados à liga, respectivamente, em uma quantidadeentre 0,2% em peso e 2,0% em peso. Esta liga de alumíniocontém também silício em uma quantidade entre 0,2% em pesoe 2,0% em peso e é especificado que a razão entre aproporção de cobre como uma percentagem em peso para aproporção de níquel como uma percentagem em peso e aproporção de manganês como uma percentagem em peso para aproporção de silício como uma percentagem em peso devaestar entre 0,6 e 1,5. O silício aumenta a dureza e reduz asusceptibilidade a desgaste corrosivo, impedindo a formaçãode fases não-ajustadas de alumínio-cobre-manganês, sendo aoinvés formados aluminidos de níquel-cobre e aluminidos demanganês-silício preferidos. Depois de um tratamentotérmico a 250°C, estes aluminidos são também finamentedistribuídos.

Uma liga de alumínio-estanho que contém entre 7% e20% de estanho é conhecida a partir da especificação depatente DE 43 32 433 Al. A liga de mancai contémadicionalmente até 4% de silício entre outros elementos deliga, tais como manganês, magnésio, vanádio, níquel, cromo,zircônio, cobre, antimônio ou titânio, por exemplo. Pareceque o mecanismo pelo qual o silício faz com que a matrizendureça é devido ao fato de que cristaliza fora da matrizde alumínio na forma de partículas de silício, que destemodo aumenta a resistência de toda a liga de mancai. Umavez que as partículas de silício estão distribuídas portoda a estrutura, apenas a matriz de alumínio macio nasuperfície fica desgastada, de modo que a superfície setorna microscopicamente irregular. Como resultado, aspartículas de silício deixadas para trás como partículasconvexas são capazes de suportar uma carga elevada,enquanto simultaneamente preservam a propriedade de não seaglutinarem. As partes côncavas suportam o óleo de modo queas ligas de mancais são capazes de suportar cargas elevadasdesde que tenham uma película fina de óleo e estejam emcontato metal-com-metal. As partículas de silício finamentedistribuídas satisfazem outra função pelo fato de quedesgastam pequenas irregularidades e removem as rebarbas noeixo cooperativo, aumentando deste modo a resistência adesgaste corrosivo.

Já foram realizados testes com metais de transição,tal como escândio, por exemplo, para determinar se osmesmos produzem uma matriz mais dura quando adicionados aligas de alumínio. Isto foi proposto no caso de ligasfundidas na especificação de patente WO 96/10099 A, onde oteor de escândio pode estar entre 0,01% em peso e 10% empeso.

O escândio foi também sugerido como um meio paraproduzir uma matriz mais dura no caso de ligas forjadas(vide, por exemplo, WO 96/10099 A), que são diferentes, e aespecificação de patente WO 00/06787 A faz esta sugestãopara uma liga metálica de mancai, enquanto que aespecificação de patente WO 00/06788 A considera esta mesmatécnica no caso de uma camada de aglutinação. Uma ligadescrita em ambos os documentos acima mencionados podeconter, por exemplo, entre 0,15% em peso e 1,0% em peso deescândio, um total de 3% em peso de um dos elementosselecionados a partir de manganês, cobre ou zircônio, umtotal de 4% em peso de um dos elementos selecionados apartir de cromo, ferro e cobalto, assim como estanho em umaquantidade de até 6,5% em peso. 0 efeito de endurecimento ébaseado no fato de que o escândio forma as chamadas fasesA3M com alumínio e a distribuição finamente dispersa destasfases A3M confere uma elevada ductilidade a estas ligas,que não obstante não apresentam acentuado comportamento dedureza. Apesar do fato de que a solidificação é reduzidadevido ao processo de produção por tratamentos térmicos,estas ligas possuem valores elevados de resistênciamecânica. A especificação de patente DE 36 40 698 Alapresenta uma liga de mancai com uma base de alumínio quecontém pelo menos um elemento com a finalidade de formarfases macias, selecionado a partir do grupo que consiste emchumbo, estanho, índio, antimônio ou bismuto, assim comosilício como um elemento duro e outros elementos de reforçoselecionados a partir do grupo que consiste em cobre,cromo, magnésio, manganês, níquel, zinco e ferro, assimcomo elementos de reforço selecionados a partir do grupoque consiste em titânio, boro, zircônio, vanádio, gálio,escândio, ítrio e elementos selecionados a partir dasterras raras com números atômicos entre 57 e 71.

A especificação de patente DE 43 19 867 A apresentaum mancai de deslize de múltiplas camadas que, além de uminvólucro protetor de aço e um revestimento que contémpolitetrafluoretileno, contém entre 5% em volume e 30% emvolume de uma carga de enchimento de metal e entre 5% emvolume e 40% em volume de fluoreto de polivinilideno e temuma camada de mancai de bronze, tal como um bronze deestanho ou bronze de estanho-chumbo, posicionada entreaqueles.

Um mancai de múltiplas camadas comparável é conhecidoa partir da especificação de patente EP 0 005 560 A, sobrea camada metálica de suporte da qual uma camada base porosaé sinterizada, que contém entre 5% em peso e 25% em peso dechumbo, entre 5% em peso e 15% em peso de estanho, orestante sendo cobre, com politetrafluoretileno depositadopor sua vez nos poros da camada base.

0 objetivo da invenção é propor um mancai de deslizede múltiplas camadas de estrutura simplificada e pelo menostão durável e com as mesmas propriedades tribológicas quemancais de deslize de múltiplas camadas convencionais.

Este objetivo é alcançado pela invenção, em cada casoindependentemente, por meio de uma liga de alumínio do tipodescrito acima, na qual o(s) elemento(s) do primeiro grupode elementos é(são) usado(s) em uma quantidade total de4,5% em peso máximo, o(s) elemento(s) do segundo grupo deelementos é(são) usado(s) em uma quantidade total de 8,5%em peso máximo, de preferência 3,5% em peso, escândio ezircônio estão presentes em uma quantidade total de 0,8% empeso máximo e o restante é alumínio e as impurezas usuaisformadas durante a fundição, e por uma camada base feita apartir daquela e um elemento de mancai que incorpora umacamada base feita a partir de uma liga de alumínio propostapela invenção. A vantagem resultante é que a composição daliga de alumínio proposta pela invenção é tal que orevestimento pode ser aplicado diretamente sobre a camadabase, que está posicionada no invólucro protetor, que éfeito de aço, por exemplo, que significa que a camada deaglutinação usada convencionalmente e a barreira de níquelpodem ser dispensadas. A composição remove também anecessidade dos bronzes de chumbo usados como padrão emmancais de alto desempenho, permitindo o uso de materiais emetais que são tão inofensivos quanto possível em termosdas suas toxicidades e adequações para reciclagem. Emparticular, pode ser dispensado o uso de ligas de chumbo. Aresistência e em particular a resistência dinâmica daaglutinação resultante podem ser produzidas para valoresmais elevados que aqueles atualmente possíveis com mancaispadrão de três camadas e usando aglutinação convencional deaço/AlZn4,5. As propriedades tribológicas são tambémcomparáveis com aquelas de AlSn6CuNi. Uma vantagemadicional é a elevada resistência à corrosão em contato comóleo pesado e durante uso em motores acionados a gás, assimcomo resistência a cavitação quando comparados com AlZn4,5.A aglutinação com aço pode ser produzida sem a necessidadede uma camada intermediária que confira adesão. A camadabase pode também ser usada para mancais de faiscação. Aindaoutra vantagem é o fato de que o custo de fabricação destestipos de elementos de mancais é comparável com aquele demancais de múltiplas camadas padrão da mesma qualidade. Aliga de alumínio proposta pela invenção tem a resistênciarequerida para atrito devido à sua capacidade paradeformação plástica, permitindo que a mesma se adapte afalhas e variações geométricas, isto é, mesmo se ocorreremfalhas no revestimento devido à tensão, o elemento demancai ainda poderá continuar a funcionar. É obtida umatenacidade adequada da matriz por meio das fases A3M deescândio e zircônio com alumínio conhecida por aquelesversados na técnica.

Estas propriedades são ainda aperfeiçoadas devido aofato de que a proporção de fase macia na liga de alumínio épelo menos 0,1% em peso e a proporção do(s) elemento(s) dosegundo grupo de elementos representa pelo menos um totalde 0,1% em peso e a proporção de escândio e zircônio totaisrepresenta pelo menos 0,05% em peso, em particular 0,1% empeso, enquanto a proporção de zircônio está na faixa entre0,01% em peso e 0,5% em peso, em particular na faixa entre0,05% em peso e 0,23% em peso, e a proporção de escândioestá entre 0,05% em peso e 0,5% em peso, em particular nafaixa entre 0,05% em peso e 0,25% em peso.

Em uma modalidade vantajosa do elemento de mancai, acamada base está posicionada diretamente no invólucroprotetor, o que simplifica conseqüentemente a estrutura.

É também possível usar uma liga com uma base dechumbo, estanho, bismuto, índio ou cobre para orevestimento, ou o revestimento pode ser uma camada deplástico, em particular selecionado a partir do grupo queconsiste em poliamida 6, poliamida 66, POM, silicone, PEK,PI, TPI, PEEK, PPS, PVDF, PTFE, assim como suas misturas,permitindo que a liga de alumínio proposta pela invenção eo elemento de mancai que a contém sejam adaptados para umaampla faixa de diferentes aplicações.

Será uma vantagem especial se a camada de plásticocontiver um lubrificante sólido, tal como MoS2, grafite ousimilar, por exemplo, em cujo caso as propriedades demancai desta camada plástica serão mais aperfeiçoadas,permitindo que o elemento de mancai seja usado sem qualquerlubrificante, ou apenas com uma quantidade mínima delubrificante, tal como um óleo lubrificante ou uma graxalubrificante, por exemplo.

Finalmente, o revestimento pode também ser propiciadona forma de um verniz lubrificante.

Com a finalidade de fornecer uma clara compreensão, ainvenção será descrita em maior detalhe abaixo comreferência a exemplos ilustrados nos desenhos apensos. Dosdiagramas esquemáticos simplificados:

a Fig. 1 ilustra um elemento de mancai na forma de ummeio-invólucro de mancai de deslize;

a Fig. 2 é uma tabela que apresenta diversas ligas dealumínio propostas pela invenção;

a Fig. 3 é um gráfico com uma comparação de valoresde tensão-alongamento para diversas ligas de alumínio.

Primeiramente, deve ser observado que as mesmaspartes descritas em diferentes modalidades sãorepresentadas pelos mesmos números de referência e pelosmesmos nomes de componentes, e que as apresentações feitaspor toda a descrição podem ser transpostas em termos designificar as mesmas partes que possuem os mesmos númerosde referência ou os mesmos nomes de componentes. Alémdisso, as posições escolhidas para a finalidade dadescrição, tais como superior, inferior, lateral, etc.,referem-se aos desenhos especificamente sendo descritos epodem ser transpostas em termos de se referirem a uma novaposição quando outra posição está sendo descrita. Aspectosindividuais ou combinações de aspectos a partir dediferentes modalidades ilustradas e descritas podem serconsiderados como soluções independentes da invenção ousoluções propostas pela invenção nos seus própriosdireitos.

A Fig. 1 ilustra um elemento de mancai 1 propostopela invenção na forma de um meio-invólucro de mancai dedeslize.

Deve ser observado neste momento, que a invenção nãoestá restrita a elementos de mancais na forma de meios-invólucros de mancais de deslize e pode ser usada paraoutros elementos de mancais 1 do tipo feito a partir deliga de alumínio, tais como anéis de pressão, por exemplo.Além disso, podem ser produzidos elementos de mancais nãoapenas como meios-invólucros, mas também como invólucrosinteiros.

O elemento de mancai 1 ilustrado na Fig. 1 éconstituído de um invólucro protetor 2, uma camada base 3proposta pela invenção e uma camada de rolamento 4. Oinvólucro protetor 2 é geralmente feito de aço, mas podenaturalmente também ser feito de outros materiais similaresque satisfaçam a mesma ou uma função similar, ou seja,propiciem a resistência mecânica requerida pelo elemento demancai 1. A resistência mecânica do mancai 1 como um tododependerá da respectiva aplicação para a qual será usada e,sendo este o caso, pode ser usada uma ampla variedade deligas de cobre, tais como latão, bronzes, por exemplo. 0invólucro protetor 2 também confere um certo grau deestabilidade dimensional.

A camada base 3 é feita da liga de alumínio propostapela invenção. A mesma consiste em uma matriz de alumínioque incorpora pelo menos uma fase macia assim comopartículas duras. A pelo menos uma fase macia é pelo menosum elemento selecionado a partir de um grupo de elementosque consiste em estanho, antimônio, índio e bismuto. Aspartículas duras são pelo menos um elemento selecionado apartir de um segundo grupo de elementos que consiste emcobre, manganês, cromo e ferro ou os elementos escândioe/ou zircônio. Estas partículas duras podem também serpropiciadas na forma de fases intermetálicas quecompreendem os últimos elementos ou os elementos do segundogrupo de elementos com alumínio ou fases intermetálicas quecompreendem os referidos elementos.

As fases macias por um lado conferem à camada base 3a capacidade para formar uma ligação suficientemente fortecom a camada de rolamento 4 posicionada por cima e, poroutro lado, conferem a necessária resistência ao atrito aoelemento de mancai 1, se ocorrer uma falha na camada derolamento 4, enquanto o elemento de mancai 1 estiver emfuncionamento, permitindo deste modo que a camada base 3fique em contato quase direto com um componente a sersuportado, tal como um eixo, por exemplo. O elemento demancai 1 é também tornado capaz de engastar quaisquerpartículas que emirjam devido a desgaste quando o elementode mancai 1 está em funcionamento. As partículas durasconferem a necessária resistência mecânica à liga dealumínio.

Ligas adequadas para a camada de rolamento 4 sãoaquelas com uma base de estanho, bismuto, índio ou alumínioe opcionalmente com uma base de chumbo ou uma base de CuPbe um teor elevado de chumbo. Ligas de estanho com um teorelevado de estanho oferecem vantagens específicas.

Metais de mancais com uma base de chumbo que podemser usados incluem, por exemplo, PbSblOSn6, PbSbl5SnlO,PbSbl5SnAs, PbSbl4Sn9CuAs, PbSnlOCu2, PbSnl8Cu2,PbSnl0TiO2, PbSn9Cd e PbSnlO.

Metais de mancais com uma base de estanho incluemSnSb8Cu4 e SnSbl2Cu6Pb, por exemplo.

A camada de rolamento 4, por outro lado, pode tambémser feita a partir de um revestimento de plástico. Exemplosespecialmente vantajosos são poliamida 6, poliamida 66,polioximetileno (POM), diversos silicones, poliaril étercetona (PEK), poliimida (PI), TPI, poliaril éter étercetona (PEEK), polifenileno sulfeto (PPS), polivinilidenodifluoreto (PVDF), politetraflúoretileno (PTFE) e diversassuas misturas.

Se a capacidade de deslizamento do plástico isoladonão for suficientemente boa, é vantajoso adicionarlubrificantes sólidos, tais como dissulfeto de molibdênio(MoS2), grafite ou similar, aos diversos plásticos. Podemtambém ser adicionadas quantidades de diversos silicones.

Podem também ser usados outros aditivos com afinalidade de aumentar a resistência mecânica da camadaplástica, tais como matrizes fibrosas, tais como fibras dearamida, por exemplo, ou substâncias duras tais comocarbonetos, óxidos, nitritos, por exemplo.

A camada plástica pode também ser propiciada na formade um verniz chamado lubrificante.

Tais plásticos permitem que se obtenham camadas derolamento 4 com boas propriedades de deslizamento eantiatrito, que podem também ser usadas secas. As mesmassão distintas devido aos seus requisitos de baixamanutenção. É possível operar com apenas uma pequenaquantidade de lubrificante, ou mesmo sem qualquerlubrificante. Pode ser usada opcionalmente água para finsde lubrif icação, o que é de especial interesse se oelemento de mancai 1 proposto pela invenção for usado parabombas, por exemplo. Além de oferecer uma reduçãocorrespondente de peso, verificou-se também ser baixa asusceptibilidade ao efeito de entalhe.

Além da aplicação descrita aqui, o elemento de mancai1 proposto pela invenção pode também ser usado para umaampla gama de outras aplicações e pode ser usado emespecial como um mancai de deslize ou como um anel depressão na indústria automobilística.

Para as finalidades da invenção, a liga de alumínioproposta pela invenção contém o(s) elemento(s) do primeirogrupo de elementos em uma quantidade que totaliza um máximode 4,5% em peso, o(s) elemento (s) do segundo grupo deelementos em uma quantidade máxima de 3,5% em peso,escândio e zircônio em uma quantidade total de 0,8% em pesomáximo, o restante sendo alumínio e as impurezas usuaisresultantes da fundição. É vantajoso se a proporção de fasemacia, em outras palavras os elementos do primeiro grupo deelementos, representarem pelo menos 0,1% em peso. Do mesmomodo, verificou-se ser vantajoso se a proporção do(s)elemento(s) do segundo grupo de elementos representar pelomenos um total de 0,1% em peso. É também vantajoso se aproporção de escândio e zircônio também representar umtotal de pelo menos 0,1% em peso. A proporção de zircôniopode estar na faixa entre 0,05% em peso e 0,5% em peso, emparticular na faixa entre 0,05% em peso e 0,23% em peso, ea proporção de escândio pode estar entre 0,05% em peso e0,5% em peso, em particular na faixa entre 0,05% em peso e0,25% em peso.

Os referidos valores dados para as faixas específicasdevem ser entendidos como significando limites superiores einferiores das respectivas faixas, que também incluem asrespectivas faixas periféricas entre 0,23% em peso e 0,5%em peso para zircônio e entre 0,25% em peso e 0,5% em pesopara escândio.

0 cobre é absorvido no alumínio como uma soluçãosólida, resultando em cristais mistos ricos em alumínio,que produzem ligas compostas endurecidas, que sãodeformáveis e facilmente conduzem as mesmas para laminação.O cobre tem também o efeito de endurecer a matriz devido aoendurecimento dos cristais mistos, pelo que Al2Cu e Al3Zrsão formados independentemente um dos outro, de preferênciaa partir de alumínio e zircônio, de modo que a formação donúcleo resultante não é heterogênea. Estes cristalitoscomeçam a separar-se mais ou menos ao mesmo tempo. O uso decobre aumenta a resistência da liga de alumínio à fadiga etambém melhora a resistência da liga de alumínio à corrosãodevida ao efeito corrosivo de substâncias que contêm óleo.

Com a finalidade de melhorar as propriedades dedureza, é vantajoso adicionar ferro à liga de alumínio.Como explicado acima, do mesmo modo que escândio, ozircônio também forma as fases chamadas Al3M com alumínio,permitindo solidificação por meio de fases durasintermetálicas. A adição de silício pode ser dispensadacomo resultado, sendo a vantagem o fato de que o efeito deentalhe provocado por teores elevados de silício pode serpelo menos aliviado ou reduzido. Estes dois elementosajudam também a produzir um grão mais fino devido àformação de tri-aluminidos.

A adição de manganês auxilia o endurecimento eaumenta a resistência à corrosão. Isto também permite que atemperatura de recristalização seja aumentada. Tambémimpede a formação de agulhas quebradiças pontudas de Al3Fe,especialmente se o teor de ferro for baixo, uma vez que oferro é absorvido pelos cristais de AlMn que são formadospreferivelmente.

A adição de cobalto e cromo pode também ajudar aendurecer a liga de alumínio.

Os efeitos dos elementos individuais são conhecidosem princípio a partir do estado da técnica, por exemplo, apartir dos documentos mencionados acima. A utilizaçãodestes elementos para uma liga de alumínio, em especialpara uma liga de alumínio fundido na referida faixa dequantidades, especialmente para uma camada base 3posicionada entre o invólucro protetor 2 e a camada derolamento 4 e que combina as referidas propriedades, porexemplo, propriedades antiatrito, adesão, propriedadesanticorrosão, oferece vantajosamente a possibilidade derepartir com diversas outras camadas que são fornecidascomo padrão em mancais de múltiplas camadas existentes,tais como barreiras para impedir migração, e estes efeitosnunca foram descritos até o momento.

Em outras modalidades da liga de alumínio, ascomposições são feitas como apresentado na Tabela 2 daFigura 2 e as suas propriedades são medidas.

Deve ser observado que as composições das ligaslistadas na tabela não devem ser consideradas comolimitativas do âmbito dei invenção, uma vez que são dadasmeramente como exemplos selecionados e as pessoas versadasna técnica estarão em posição, a partir da descriçãoapresentada aqui, de formar outros compostos dentro doslimites especificados, sendo que estes compostos não sãoexcludentes do âmbito protetor da patente.

Nos exemplos listados, verificou-se que aspropriedades mecânicas da liga de alumínio permanecemessencialmente constantes dentro de uma largura de faixaespecificada. Por largura de faixa pretende-se significarque é possível adaptar as propriedades para satisfazer umafinalidade específica, por exemplo, pela adição de um oumais elementos em maior ou menor proporção. Ao adicionaruma grande proporção de cobre como especificado no exemplo9, por exemplo, pode ser obtida maior tenacidade devido aoendurecimento dos cristais mistos.

O comportamento da tenacidade e as propriedades daliga de alumínio podem de modo geral ser otimizados parasatisfazer a situação em termos do custo de variar osteores de escândio ou zircônio.

É também possível otimizar as propriedades da liga dealumínio em relação à adição dos elementos que formam afase macia, uma vez que podem ser produzidas misturasadaptadas para o campo específico de aplicação, dependendoda ductilidade do elemento, que também têm até certo pontouma maior resistência mecânica, além das propriedadesdesejadas antiatrito, embora não com o mesmo alcance que oobtido pelas partículas duras.

Foi também produzida uma liga de alumínio com base emuma composição que compreende AlSnl,3ScO,2ZrO,26FeO,1 e oseu comportamento de tensão-alongamento foi medido etraçado em comparação com AlSn2 5CuMn e AlZn4SiPb. 0resultado é apresentado na Fig. 3, na qual o alongamento eé traçado sobre o eixo geométrico Xea tensão de traçãonominal oz [N/mm2] sobre o eixo geométrico Y. As mediçõesforam realizadas em tiras preparadas de acordo com UNEN1002-1 utilizando amostras de tensão E 3 χ 8 χ 30 mm comoespecificado em DIN 50 120.

Como é claramente evidente a partira da Fig. 3, aliga de alumínio proposta pela invenção (curva mais acima)teve um alongamento de 0,1% comparado com AlZn4SiPb (curvamais abaixo) e apresentou valores significativamente maiselevados que AlSn25CuMn (curva intermediária) com efeito apartir de um alongamento de 0,05%. Em outras palavras, coma finalidade de obter o mesmo alongamento, a liga propostapela invenção deve ser exposta a forças ou tensõessignificativamente maiores, isto é, a liga de alumínio temuma resistência correspondentemente mais elevada que asligas de alumínio com as quais foi comparada.

A um valor de 241 N/mm2 comparado com um valor de 181N/mm2 para AlZn4SiPb, verificou-se que a resistência finalde ruptura da liga proposta pela invenção foisignificativamente maioi:, assim como foi o limite deelasticidade de 191 N/mm2 comparado com 85 N/mm2 paraAlZn4SiPb.

Os valores correspondentes para AlSn25CuMn são 174N/mm2 para a resistência final de ruptura e 59 N/mm2 para olimite de estabilidade.

Em resumo, pode portanto ser dito que as propriedadesmecânicas podem ser melhoradas pela utilização da liga dealumínio proposta pela invenção enquanto preservando pelomenos propriedades antiatrito comparáveis, tais como asexigidas por elementos de mancais 1, especialmente paramancais de deslize.A liga de alumínio e os elementos de mancais 1 feitosa partir daquela podem ser produzidos mediante utilizaçãode métodos conhecidos do estado da técnica. Elementos purosou elementos altamente puros são usados como materiais departida. A liga de alumínio pode ser aplicada ao invólucroprotetor por laminação, galvanização, por exemplo, eletro-galvanização, por exemplo. A camada de rolamento 4 pode seraplicada sobre esta aglutinação pelos referidos métodos ou,alternativamente, por processos galvânicos porpulverização, etc..

Além de laminação, a camada plástica pode também seraplicada por pulverização, imersão ou por impressãoindireta (litografia). Podem também ser usados processosgalvânicos.

Embora não absolutamente necessárias para oselementos de mancais 1 propostos pela invenção, diversascamadas intermediárias auxiliares podem naturalmente tambémser propiciadas entre as camadas funcionais individuais,dependendo dos requisitos, tais como barreiras de difusão,camadas de alumínio puro, um isolamento de níquel, etc..

Por causa da disposição, deve finalmente serobservado que, com a finalidade de propiciar uma melhorcompreensão da estrutura do elemento de mancai 1, o mesmo eas suas partes constituintes estão ilustrados até certoponto fora de proporções e/ou em uma escala ampliada e/ouem uma escala reduzida.

Os objetivos individuais alcançados pela invençãopodem ser encontrados nas descrições.

Lista de números de referência

1. Elemento de mancai2 . Invólucro protetor

3. Camada base

4. Camada de rolamento

Claims (14)

1. Liga de alumínio fundido com ,uma matriz dealumínio, que incorpora pelo menos uma fase macia epartículas duras, na qual a fase macia é pelo menos umelemento de um primeiro grupo de elementos que consiste emestanho, antimônio, índio e bismuto e as partículas durassão escândio e/ou zircônio e pelo menos um elemento de umsegundo grupo de elementos que consiste em cobre, manganês,cobalto, cromo, zinco, magnésio, silício e ferro, e fasesintermetálicas de escândio, zircônio com alumínio oualumínio com os elementos do segundo grupo de elementos,caracterizada pelo fato de que o(s) elemento(s) do primeirogrupo de elementos está(âo) presente(s) em uma quantidadede um total de 4,5% em peso máximo, o(s) elemento (s) dosegundo grupo de elementos está(ão) presente(s) em umaquantidade de um total de 8,5% em peso máximo, depreferência 3,5% em peso, escândio e/ou zircônio está(ão)presente (s) em uma quantidade de um total de 0,8% em pesomáximo e o restante é alumínio com as impurezas usuaiscontidas na fundição.

2. Liga de alumínio, de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que a proporção da fase maciaé pelo menos 0,1% em peso.

3. Liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizada pelo fato de que a proporção do(s)elemento(s) do segundo grupo de elementos representa pelomenos um total de 0,1% em peso.

4. Liga de alumínio, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que aproporção de escândio e/ou zircônio é pelo menos um totalde 0,05% em peso, em especial 0,1% em peso.

5. Liga de alumínio, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato de quea proporção de zircônio está na faixa entre 0,01% em peso e-0,5% em peso, em especial na faixa entre 0,05% em peso e-0,23% em peso.

6. Liga de alumínio, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada pelo fato deque a proporção de escândio está entre 0,05% em peso e 0,5%em peso, em especial na faixa entre 0,05% em peso e 0,25%em peso.

7. Camada base feita a partir de uma liga dealumínio para um elemento de mancai, que pode estarposicionada entre um invólucro protetor e uma camada derolamento de um elemento de mancai, caracterizada pelo fatode que a liga de alumínio é conforme reivindicada em umadas reivindicações de 1 a 6.

8. Elemento de mancai, em especial um mancai dedeslize ou anel de pressão, com um invólucro protetor, umacamada de rolamento e uma camada base posicionada entreaqueles, caracterizado pelo fato de que a camada base éfeita a partir de uma liga de alumínio conformereivindicada em uma das reivindicações de 1 a 6.

9. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato de que a camada base estáposicionada diretamente sobre o invólucro protetor.

10. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação-8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a camada derolamento é feita a partir de uma liga a base de chumbo,estanho, bismuto, índio ou. cobre.

11. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a camada derolamento é uma camada de plástico.

12. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a camada de plástico éselecionada a partir de um grupo que consiste em poliamida 6, poliamida 66, POM, silicones, PEK, PI, TPI, PSEK, PPS,PVDF, assim como suas misturas.

13. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a camada deplástico contém um lubrificante sólido, tal como MoS2,grafite, por exemplo.

14. Elemento de mancai, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a camada derolamento é um verniz lubrificante.