BRPI0610839A2 - método para formação de uma superfìcie de prata firmemente montada sobre uma peça de alumìnio - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA FORMAçãO DE UMA SUPERFìCIE DE PRATA FIRMEMENTE MONTADA SOBRE UMA PEçA DE ALUMìNIO. A presente invenção se refere a um método para formação de uma superfície altamente eletrocondutíva sobre uma peça de alumínio. Em concordância com a presente invenção, no referido método uma camada de prata altamente eletrocondutiva é fc.rmada sobre a peça por intermédio de uma junção eutétíca. A temperatura da peça de alumínio é elevada gradualmente e a camada de óxido formada sobre a superfície da peça é removida. Depois do primeiro estágio de aquecimento, a peça de prata que é para ser atada é transferida para a superfície limpa, O ponto de contato é aquecido para uma temperatura onde uma ligação eutética é gerada entre o alumínio e a prata. Durante o segundo estágio de aouecimento, uma carga momentânea ligeira é aplicada para oponto de contato.
Description
" MÉTODO PARA FORMAÇÃO DE UMA SUPERFÍCIE DE PRATAFIRMEMENTE MONTADA SOBRE UMA PEÇA DE ALUMÍNIO "
CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO
A presente invenção se refere a um método paraformação de uma superficie altamente eletrocondutiva sobreuma peça de aluminio. Uma camada de prata altamenteeletrocondutiva de prata é formada sobre a peça porintermédio de uma junção eutética. A temperatura da peça dealuminio é elevada gradualmente e a camada de oxido formadasobre a superficie da peça é removida. Depois do primeiroestágio de aquecimento, a peça de prata que é para seratada é transferida para a superficie limpa e, pelaaplicação simultaneamente de carga para o ponto de contato,é aquecida para uma temperatura onde uma liga (combinaçãode metais) consistente com o ponto eutético é gerada entreo aluminio e a prata, que vem a formar uma junçãometalúrgica à medida que se solidifica.
PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO
Aluminio é um metal utilizado em quantidade emestruturas condutoras de eletricidade, devido para o fatode que sua condutividade ser bastante boa. Entretanto,aluminio forma uma camada de oxido sobre sua superficie emuma atmosfera de ar, que consideravelmente atrapalha acondutividade de eletricidade para ou a partir da peça dealuminio. De tempos em tempos é necessário aperfeiçoar acondutividade elétrica da peça de aluminio localmente, eisto é desempenhado, por exemplo, pela união de peças decobre para a peça de aluminio. Da mesma forma, métodos sãotambém conhecidos onde uma junção de prata e de alumíniofoi feita, embora nem- sempre por razões de aperfeiçoamentode condutividade.
Quando algum outro material é unido ao alumínio, omaior dos problemas é geralmente a oxidação imediata doalumínio no ar atmosférico. O oxido de alumínio que égerado é dificil de remover permanentemente em conexão commétodos de soldagem normais. Por exemplo, agentes defluência comerciais contendo cádmio e fluoreto não removemóxidos em quantidades suficientes e a junção formada pelasoldagem permanEce porosa e fraca.
Um método é conhecido a partir do pedido de patenteinternacional número WO 2004/042121, em que uma camada.derevestimento de prata é formada sobre uma haste de suportede eletrodo de alumínio. O contato entre o alumínio e omaterial de revestimento é conseguido em particular com ummétodo de revestimento de borrifo {spray) térmico. Atécnica de esborrifo (spraying) térmico quebra a camada depassivação do alumínio, isto é, a camada de oxido, demaneira que o contato dos metais é bom o bastante para umajunção metalúrgica para formar e para que o revestimentovenha a atar (aderir) para seu substrato.
Um revestimento hermético sobre a superfície doalumínio pode ser conseguido com métodos de esborrifotérmico, mas o equipamento requerido pelos métodos éespecialmente dispendioso como tal. Em adição, tipicamenteem métodos de esborrifo térmico, nem todo do material derevestimento termina sobre a superfície da peça a serrevestida, e ao invés disso, algum do material derevestimento é perdido (desperdiçado) levando-se emconsideração a eficiência do método.
A publicação de patente européia número EP 28763descreve um método para junção de peças de metal uma para aoutra. As peças podem ser do mesmo metal ou de diferentesmetais. As junções de metal descritas na patente são feitasde Al - Al, Cu - Cu e Al - Cu, e também descritas estãojunções nas quais um agente intermediário é introduzidoentre as peças a serem unidas, tal como uma inserção desilício, liga de aluminio-silicio ou prata. Aglutinações(ligações) acontecem por intermédio de pressão em pressãode oxigênio elevada, se prevalecendo da reação eutéticaocorrendo entre os metais. A temperatura requerida pelareação eutética depende dos materiais a serem aglutinados ea temperatura utilizada nesta região da temperaturaeutética é ± 50 °C. A descrição do método revela'que quandouma atmosfera enriquecida em oxigênio é utilizada paraaquecimento das peças, as camadas de oxido formadas sobreos pontos de contato das peças são comprimidas (prensadas)com as ligas eutéticas liquidifiçadas. Oxigênio puro éutilizado nos exemplos e a pressão utilizada estava naregião de 150 bar - 710 bar.
A aglutinação das peças uma para a outra descrita napublicação de patente européia número EP 28763 acontece empressão muito alta, o que comprime as impurezas e a camadaque foi oxidada durante aquecimento do ponto de junção.Entretanto, a utilização de uma atmosfera de oxigênio emaquecimento e a alta pressão torna este um método deaglutinação muito dispendioso.
0 pedido de patente japonês número JP 57195592 serefere a um método para junção de prata e alumínio uma emrelação ao outro, no qual a oxidação das superfícies éprevenida por se fazer uma junção por pressionamento aquente e em um vácuo ou atmosfera inerte.
A junção de metal descrita no pedido de patentejaponês número JP 57195592 por intermédio de pressionamentoa quente e em um vácuo ou atmosfera inerte não é umasolução de junção particularmente eficiente em custos.
PROPÓSITO DA PRESENTE INVENÇÃO
O propósito da presente invenção é o de eliminar asdesvantagens que aparecem nos métodos anteriormentedescritos.
0 propósito da presente invenção é o . de colocar àdisposição um método simples e barato para formação de umrevestimento de prata altamente condutivo sobre uma peça dealumínio. O objetivo é o de colocar à disposição um métodono qual o revestimento de prata é formado sobre asuperfície da peça de alumínio em um ambiente normal ouligeiramente redutivo e onde a carga utilizada na junção ésomente uma fração daquela que é utilizada no estado datécnica.
0 propósito da presente invenção é o de colocar àdisposição um método no qual a peça de alumínio é aquecidaem estágios, de maneira que a peça de prata é colocadasobre a superfície do alumínio entre períodos deaquecimento. Antes que a peça de prata venha a seraplicada, a camada de oxido pode ser removida a partir dasuperfície da peça de alumínio.
RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃOAs características essenciais do método emconcordância com a presente invenção estão apresentadas nasreivindicações de patente acompanhantes.
A presente invenção se refere a um método paraformação de um revestimento de prata superfície altamenteeletrocondutivo sobre a superfície de uma peça de alumínio,por intermédio do que a peça de alumínio, limpa da camadade oxido, é aquecida em estágios. Depois do primeiroestágio de aquecimento, a peça de prata é aplicada para asuperfície do alumínio. 0 segundo estágio de aquecimento érealizado pelo menos na temperatura requerida pela reaçãoeutética entre alumínio e prata, onde uma junçãometalúrgica é formada a partir da camada de difusão e defundição entre os metais. 0 aquecimento acontece emcondições atmosféricas ou ligeiramente redutivas. A cargaem torno de 1,2 bar - 3 bar é aplicada para o ponto dejunção. Preferivelmente, a carga é de pequena quantidade(spot-like) e repetida ciclicamente. A camada de oxido éremovida a partir da superfície de junção da peça dealumínio na medida em que é necessário depois do primeiroestágio de aquecimento antes que a peça de prata venha aser aplicada para a superfície de junção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO
Sobre o fundamento do esboço de equilíbrio de prata ealumínio é conhecido que o ponto de fusão eutético mínimoestá em 567 °C. A solubilidade de prata para alumínio seeleva em etapas a partir de 400 °C até a temperaturaeutética, onde a solubilidade máxima está em torno de 56por cento em peso. A solubilidade do alumínio para prata noponto eutético está em torno de 5 por cento em peso. Quandoa temperatura é elevada na medida em que as peças sãounidas, uma fina película de oxido é criada sobre asuperfície da prata, que, entretanto, se quebra em umatemperatura de cerca de 200 °C. Isto possibilita difusãoefetiva e reações de geração de uma junção metalúrgica.
No método agora desenvolvido na presente invenção, oobjetivo foi o de formação de uma junção metalúrgica entrealumínio e prata tão facilmente e continuamente adiantequanto possível. Em concordância com o método da presenteinvenção, a área de junção de uma peça de alumínio é limpade sua camada de oxido e aquecida para 270 °C - 330 °C,preferivelmente para 300 °C. A remoção da. camada de -oxidopode ser desempenhada mecanicamente, por exemplo, portrituração, na medida em que a área de junção em questão égeralmente não extensiva. Se necessário, a remoção dacamada de oxido é também executada depois do primeiroestágio de aquecimento. Entretanto, com a corretadistribuição (partilha), estágios de trabalho lineares etrabalho corretamente regulado em tempo, a remoção de umacamada de oxido em altas temperaturas pode facilmente serevitada, e tratamento pode ser feito em sua completatotalidade antes de começo de aquecimento. Entretanto, paraassegurar boa qualidade incondicionalmente, trituração podeser realizada entre estágios de aquecimento também.
Imediatamente depois do primeiro estágio deaquecimento é possível remoção da camada de oxido, a peçade prata ou folha (lâmina) de prata a ser atada é aplicadapara a superfície da peça de alumínio e o aquecimento daspeças é continuado no segundo estágio de aquecimento emdireção ao ponto eutetico de Al - Ag. Durante aquecimento apeça de prata é pressionada levemente de maneira que acarga está em torno de 0,2 bar - 3 bar. A pressão nãonecessariamente deve que ser continua e ao longo daintegridade de área da peça de prata, ao invés disso épreferivelmente de pequena quantidade (spot-like) erepetida ciclicamente. Quando a área de junção alcança oponto eutetico, eutéticos começam a borbulhar sob a peça deprata. 0 aquecimento é continuado até que venha a existiruma fusão eutética na integridade de área de junção. Quandoo aquecimento da peça é interrompido, a liga eutética que éformada se solidifica è a prata é apertada para o alumíniopor uma aglutinação metalúrgica.
O aquecimento das peças de aluminio acontecedependendo da peça tanto utilizando um maçarico pré-aquecido, uma ferramenta de aquecimento com temperaturacontrolada adaptada para o objetivo (por exemplo, operadapor resistência) ou quanto em uma fornalha. O aquecimentodeve ser feito tanto em uma atmosfera de ar normal ouquanto em condições ligeiramente redutivas. Condiçõesredutivas são conseguidas quando, por exemplo, o maçaricode pré-aquecimento é ajustado para trabalhar com uma chamaredutiva. Se o aquecimento é desempenhado em uma fornalha,tanto um gás de blindagem inerte (por exemplo, argônio) ouquanto um gás redutivo (por exemplo, hidrogênio) pode seralimentado para a fornalha.
A eficiência do método agora desenvolvido emconcordância com a presente invenção, no trabalho derevestimento em si mesmo é de 100 %, embora qualquermaquinação de acabamento possa reduzir a eficiência emalgum grau. Por outro lado, maquinação de acabamento reduza eficiência de um material de revestimento feito comesborrifo (sprayíng) a quente, por exemplo, em exatamente amesma maneira. Quando o revestindo com prata em particularalta eficiência significa consideráveis economias em custosde materiais.
EXEMPLOS DA PRESENTE INVENÇÃO
Exemplo 1:
Uma junção de prata foi feita sobre hastes de teste dealuminio com o método em concordância com a presenteinvenção. 0 aquecimento foi realizado com um maçarico deacetileno e a temperatura das peças foi monitorada duranteo aquecimento com um termômetro de superfície digital defundamento termo-acoplado. Quando a temperatura desuperfície da haste de teste alcançou 300 °C, a camada deoxido foi removida a partir da superfície por trituração ea peça de prata foi colocada sobre a superfície limpa. 0aquecimento foi retomado para a temperatura eutética de 567°C. Carga de pequena quantidade (spot-like) e intermitenteda ordem de 0,3 bar - 0,6 bar foi direcionada sobre algumashastes de teste durante o aquecimento, e outras hastes deteste não foram absolutamente submetidas para qualquercarga. Na prática, o aquecimento poderia ser continuado até25 °C, até mesmo 40 °C acima do ponto eutético. Reações dedifusão prosseguiram tão rapidamente em mencionadastemperaturas nos metais em questão, que a formação dajunção levou somente uns poucos segundos. Em trabalho derotina prático, controle da temperatura pode ser feitovisualmente por monitoramento do comportamento da fusão/ oborbulhamento de fusão da borda de junção. Uma chamaredutiva é conseguida por ajustamento de maçaricoconvencional (parte redutiva na chama).
Microseções foram tomadas a partir das hastes de testeresfriadas, e foram examinadas por microscópio. As imagensde microscópio mostraram que o eutético nas hastes de testefabricadas sem carga tinham se espalhado com uma topografiafragmentária e ondulada, em zonas razoavelmente espessas emdireção tanto do aluminio e quanto da prata. As imagens demicroscópio também mostram uma fase sigma, que é gerada nasaltas temperaturas do ponto eutético. A espessura da bordade junção foi de diversas centenas de micrômetros.
As imagens de microscópio das hastes de teste onde acarga foi utilizada durante a junção mostraram que durantecompressão mecânica a fusão eutética tem borbulhou fora daborda de junção e como um resultado existiu uma borda dejunção uniforme que foi somente de dezenas de micrômetrosem espessura.
Testes de resistência à tensão foram realizados sobreas hastes de teste que foram submetidas à carga duranteaquecimento, de maneira a verificar e determinar aresistência das junções. A resistência à tensão última deresultado médio das hastes de teste foi acima de 94 N/mm2.
Deverá ser compreendido por aqueles especializados noestado da técnica que a presente invenção não está limitadapara a concretização ilustrativa descrita anteriormente noexemplo apresentado, mas certamente, um número de variaçõese de modificações é conceptivel dentro do escopo deproteção das reivindicações de patente subseqüentemente.
Claims (13)
1. Um método para formação de um revestimento de prataaltamente eletrocondutivo sobre a superfície de uma peça dealumínio, caracterizado pelo fato de que a peça de aluminioé aquecida em estágios, por intermédio do que depois doprimeiro estágio de aquecimento a peça de prata a ser atadaé aplicada para a superfície da. junção, depois do queaquecimento é retomado no segundo estágio pelo menos para atemperatura requerida para a reação eutética entre alumínioe prata, o aquecimento acontecendo em. uma atmosfera de arou condições ligeiramente redutivas, e de que carga éaplicada para o ponto de junção durante o segundo períodode aquecimento, e de que referida carga é realizada em umou vários locais e repetida em ciclos.
2. Um método de acordo corri, a . reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que no ' primeiro estágio deaquecimento a temperatura da peça de alumínio é elevadapara uma faixa entre 280 °C - 330 °C.
3. Um método de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que nó primeiro estágio deaquecimento a temperatura da peça de alumínio é elevadapara uma temperatura em torno de 300 °C.
4. Um método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 - 3, caracterizado pelo fato de que acamada de oxido formada sobre a superfície do alumínio éremovida depois do primeiro estágio de aquecimento.
5. Um método de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a remoção da camada de oxidoé desempenhada mecanicamente por trituração.
6. Um método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 - 5, caracterizado pelo fato de que acarga aplicada para o ponto de junção no segundo estágio deaquecimento está na ordem de 0,2 bar - 3 bar.
7. Um método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que oaquecimento da peça de aluminio é realizado com um maçaricode pré-aquecimento.
8. Um método de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o maçarico é um maçarico deacetileno.
9. Um método de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o aquecimento é realizado naparte redutiva da chama.
10. Um método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que oaquecimento da peça de aluminio é realizado com umaferramenta de aquecimento com temperatura controlada.
11. Um método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que oaquecimento da peça de aluminio é desempenhado em umafornalha.
12. Um método de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que existe uma atmosfera de gásde blindagem na fornalha.
13. Um método de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que existe uma atmosferaredutiva na fornalha.
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