BRPI0618196A2 - composição de revestimentos em pó, artigo de metal, conjunto de vedação abrasivo e fio com núcleo fabricados com a mesma - Google Patents
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Abstract
<B>COMPOSIçãO DE REVESTIMENTOS EM Pó, ARTIGO DE METAL, CONJUNTO DE VEDAçãO ABRASIVO E FIO COM NúCLEO FABRICADOS COM A MESMA<D>Revestimentos abrasivos são proporcionados. Os revestimentos compreendem SrTiO em combinação com uma cerâmica, tal como zircóniaestabilizada com itria, ou SrTiO em combinação com MCrAIX, tal como Ni-CoCrAIY. Os revestimentos abrasivos são adequados para uso em ambientes de alta temperatura encontrados em motores de turbina a gás. São também proporcionados artigos de metal revestidos com tais revestimentos, e conjuntos abrasivos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSI-ÇÃO DE REVESTIMENTOS EM PÓ, ARTIGO DE METAL, CONJUNTO DEVEDAÇÃO ABRASIVO E FIO COM NÚCLEO FABRICADOS COM A MESMA"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a óxidos de estrôncio titânio e seuuso em revestimentos. Especificamente, óxidos de estrôncio titânio podemser usados em revestimentos de cerâmica ou de metal para proporcionarrevestimentos abrasivos para motores de turbina a gás, turbocarregadores,compressores, turbinas a vapor de água e similares.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Materiais que esmerilham prontamente em um modo controladosão usados em várias aplicações, inclusive vedações abrasivas. O contatocom a peça rotativa e uma vedação abrasiva fixa faz com que o material a-brasivo seja erodido em uma configuração que intimamente corresponde ese conforma à peça em movimento na região de contato. Em outras palavras,a peça em movimento desgasta uma porção da vedação abrasiva de modoque a vedação tome a geometria que precisamente se ajusta à peça em mo-vimento, ou seja, um vão de folga próximo. Isso forma eficazmente uma ve-dação que tem uma tolerância extremamente exata.
Em uma aplicação particular de vedações abrasivas é seu usoem turbina de vazão axial. O compressor rotativo ou rotor de uma turbina defluxo axial consiste em uma pluralidade de palhetas fixadas a um eixo que émontado em um aro de reforço. Em operação, o eixo e as palhetas giramdentro do aro de reforço. A superfície interna do aro de reforço da turbina,tanto na seção do compressor como na seção de combustão "quente" domotor, é mais preferivelmente revestida com um material abrasivo. A coloca-ção inicial da montagem de eixo e palhetas no aro de reforço é tal que aspontas das palhetas fiquem tão próximas quanto possível do revestimentoabrasivo.
Como será apreciado por aquele versado na técnica, é importan-te reduzir o fluxo reverso em turbinas a gás de fluxo axial para maximizar aeficácia da turbina. Isso é obtido por minimização da folga entre as pontasdas palhetas e a parede interna do aro de reforço. Contudo, conforme aspalhetas da turbina giram, elas se expandem um pouco devido à força cen-trífuga. As pontas das palhetas rotativas então contatam o material abrasivoe talham ranhuras precisamente definidas no revestimento sem contatar opróprio aro de reforço. Essas ranhuras proporcionam a exata folga necessá-ria para fazer com que as palhetas girem em temperaturas elevadas e pro-porcionem assim uma vedação encaixada na medida para a turbina.
De modo que as palhetas da turbina talhem ranhuras no reves-timento abrasivo, o material do qual o revestimento é formado deve esmeri-Ihar com relativamente facilidade sem desgastar as pontas das palhetas.Isso requer um balanço cuidadoso dos materiais nos revestimentos. Nesseambiente, um revestimento abrasivo deve exibir também boa resistênciacontra erosão de partícula e outra degradação em temperaturas elevadas.
Resistência à erosão é necessária para manter folgas uniformesdurante toda a vida do motor ou as características de desempenho do motorsão adversamente afetadas. Motores de turbina, comerciais, convencionais,têm mostrado um aumento de dois por cento do fluxo de ar em torno daspontas das palhetas em conseqüência da erosão de vedação depois de a-proximadamente 3.000 vôos. Muito disso pode ser atribuído à erosão da ve-dação abrasiva e da ponta o aerofólio de palheta, e às interações de atritoentre as pontas da palheta e a vedação. Em aplicações em motores militares,onde velocidades de percurso de gás são relativamente altas, a resistência àerosão é de suma importância.
Existem várias vedações a ar usadas em uma seção de com-pressor de motor a gás ou de avião. Historicamente, o mais antigo é o "felt-metaf' que compreende uma pluralidade de fibras metálicas. As desvanta-gens dessa vedação se devem ao fato que ela tem que ser soldada ao mate-rial de substrato e é altamente porosa. Vários outros revestimentos abrasi-vos têm sido propostos, incluindo estruturas metálicas celulares ou porosas;cerâmica rígida tais como ZrO2 e MgO; uma matriz de metal de alumínio-silício com partículas de polímero embutidas; ou partículas de pó de nitretode boro hexagonais. A desvantagem desses últimos revestimentos é sualimitada capacidade de temperatura a 315°C para o revestimento de políme-ro e a 480°C para o revestimento de nitreto de boro hexagonal.
Materiais abrasivos usados em altas temperaturas na seção decompressor dos motores de turbina incluem revestimentos de Ni-CrAI/Bentonita e abrasivos tal como aquele descrito na Patente US nQ5.434.210, que descreve um pó compósito para pulverização térmica quecompreende três componentes, um de metal ou materiais de matriz de ce-râmica, um lubrificante sólido, e um polímero. Revestimentos, como pulveri-zados, típicos, compreendem uma matriz de liga de Co com partículas dis-persas de nitreto de boro hexagonal e polímero. O polímero é subseqüente-mente queimado e a estrutura muito porosa final contém somente partículasde nitreto de boro hexagonais dispersadas por toda a matriz com base emCo. Os revestimentos preparados desse material têm capacidade de abra-são aceitável, porém baixa resistência à erosão.
A busca por materiais para uso na seção de compressor da tur-bina é um resultado do problema de níveis de aquecimento muito altos con-forme os estágios se aproximam da câmara de combustão do motor. Tempe-raturas mais altas requerem materiais com temperaturas de serviço maisaltas. Materiais que são sensíveis à oxidação em alta temperatura, tais comoplásticos, grafite ou nitreto de boro hexagonal ser tornam materiais fugitivosacima de suas temperaturas de serviço e deixam somente um esqueleto en-fraquecido que é suscetível à degradação por alta erosão e lascamento. Ou-tros materiais, tal como material contendo bentonita, podem alterar sua rigi-dez e se tornam abrasivos em altas temperaturas.
Abrasivos usados na seção de combustão em alta temperaturada turbina foram desenvolvidos fazendo-se revestimentos de barreira térmi-ca (TBC) porosos. Isso foi conseguido par incorporação de materiais degra-dáveis à temperatura tais como polímeros de alta temperatura, e/ou ao usode nitreto de boro haxagonal termopulverizado, ambos os quais proporcio-nam um revestimento poroso. O revestimento resultante é tanto termo-tratado para decompor o material degradável como ele é calcinado durante aoperação da turbina. O problema com esses materiais é que o revestimentoporoso resultante carece de resistência mecânica, que faz com que os re-vestimentos falhem estruturalmente depois de períodos de ciclo térmico. Issofaz com que o revestimento fique inútil para o controle dimensional e perigo-so para a integridade estrutural da seção de turbina devido à destruição doTBC. Permanece a necessidade por revestimentos abrasivos para uso emambientes de alta temperatura, que proporcionam o nível desejado de resis-tência à erosão, capacidade de abrasão e estabilidade térmica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, a presente invenção proporciona uma composi-ção de revestimento em pó que compreende óxido de estrôncio titânio e umacerâmica. Em um aspecto adicional, a presente invenção proporciona umacomposição de revestimento em pó que compreende óxido de estrôncio titâ-nio e um ou mais metais e/ou ligas de metal. Em aspectos adicionais, sãoproporcionados artigos de metal tendo esses revestimentos. Em outros as-pectos, é proporcionado um conjunto de vedação abrasiva, em que o conjun-to compreende um substrato e um revestimento de vedação abrasivo depo-sitado sobre o substrato por pulverização térmica. O revestimento de veda-ção abrasivo compreende i) óxido de estrôncio titânio e uma cerâmica ou ii)óxido de estrôncio titânio e um metal e/ou liga de metal.
Esses e outros aspectos da presente invenção tornar-se-ão maisprontamente aparentes a partir dos seguintes desenhos, descrição detalha-da, e reivindicações apensas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção é ainda ilustrada pelos seguintes desenhos, nosquais:
A Figura 1 é um diagrama em fase para Sr0-Ti02;
A Figura 2 é um micrografia de SrTiO como pulverizado e zircô-nia estabilizada com ítria; e
A Figura 3 é uma micrografia de SrTiO e NiCrAIY como pulveri-zados.
A Figura 4 é uma micrografia de SrTiO e NiCr como pulverizados.DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS
Como usados aqui, incluindo os exemplos ou a menos que deoutro modo expressamente especificados, todos os números podem ser li-dos como se precedidos pela expressão "cerca de", mesmo que o termo nãoapareça expresso. Também, qualquer faixa numérica citada aqui tem o obje-tivo de incluir todas as sub-faixas subentendidas nelas. Como usado aqui, otermo "polímero" refere-se a oligômeros e ambos os homopolímeros e copo-límeros.
Em um aspecto, a presente invenção proporciona uma composi-ção de revestimento que compreende oxido de estrôncio titânio e uma cerâ-mica. As cerâmicas são bem conhecidas por seu uso como revestimentos debarreira térmica em ambientes de motores de turbina a gás. Como usadoaqui, o termo "cerâmica abrasiva" se refere ao SrTiO em combinação comuma cerâmica.
O oxido de estrôncio titânio compreende de 25 a 60% em pesode Sr2Ti04 e 75 a 40% em peso de Sr3Ti2O7 e é disponível da ExothermCorporation of Camden, NJ. Como usados aqui, os termos "oxido de estrôn-cio titânio" e "titanato de estrôncio", usados intercambiavelmente, se referema esta mistura de óxidos, e serão denotados pela fórmula específica Sr2TiO4/Sr3Ti2O7 ou pela fórmula mais geral SrTiO. Em uma modalidade, o SrTiO éum cristal· misto que compreende os dois óxidos. Também, em uma modali-dade preferida, o óxido de estrôncio titânio compreende 40 a 50% em pesode Sr2TiO4 e 60 a 50% de Sr3Ti2O7. O Sr2TiO4ZSr3Ti2O7 usado nos revesti-mentos da presente invenção é acentuadamente estável em uma faixa am-pia de temperaturas, como pode ser visto do diagrama mostrado na Figura 1.Assim, ambos o revestimento de cerâmica abrasivo e o revestimento de me-tal abrasivo da presente invenção (conforme definidos e descritos ainda a-baixo) podem ser usados tanto em aplicações abrasivas de compressor co-mo de turbina. Isso está em contraste com os revestimentos da técnica ante-rior, em que diferentes materiais são usados em aplicações de compressor ede turbina para acomodar os diferentes regimentos de temperatura de cada.
Como usado aqui, o termo "cerâmica" refere-se a materiais inor-gânicos, não metálicos. Cerâmicas são tipicamente cristalinas por natureza esão compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos, taiscomo alumínio e oxigênio (alumina-AI203), cálcio e oxigênio (cálcia - CaO),e silício e nitrogênio (nitreto de SÍIÍCÍ0-SÍ3N4). Exemplos de cerâmicas ade-quadas incluem óxidos de alumínio e magnésio tais como AI2O3 e MgO1 mu-Iita (AI6Si2O13), dióxido de silício (SiO2)1 dióxido de zircônio (ZrO2), carbure-tos tais como Ti3SiC2, carbureto de silício e carbureto de tungstênio, e nitre-tos tais como nitreto de boro (BN) e nitreto de silício (Si3N4). Outras cerâmi-cas adequadas incluem titânia, zircônia integral ou parcialmente estabilizada,óxidos de multicomponentes, incluindo titanatos, silicatos, fosfatos, espiné-lios, perovskitas, cerâmicas usináveis (por exemplo, Croning Macor®) ecombinações destes.
Em uma modalidade, a cerâmica pode ser zircônia estabilizada.Métodos de formação de pós de ZrO2 estabilizado são conhecidos daqueles versados na técnica. Métodos adequados incluem métodos convencionais,tais como secagem por pulverização, secagem por pulverização e densifica-ção, secagem por pulverização com sinterização e técnicas fundidas/moídas.Zircônia (ZrO2) pode ser estabilizada integral ou parcialmente com um oxidode um metal alcalino-terroso, tais como berílio, magnésio, cálcio, estrôncio,bário, rádio; óxidos de elementos de terras raras na série de lantanídeos databela periódica, incluindo, mas sem limitação, cério, európio, gadolínio, itér-bio, e outros elementos desta série; e metais de transição dos grupos 3-12da tabela periódica, tais como titânio, ítrio, tântalo, rênio, índio, nióbio e simi-lares. As combinações de quaisquer desses óxidos podem ser também usa-dos. Em uma modalidade, a zircônia é estabilizada com óxido de ítrio. A zir-cônia é preferivelmente estabilizada com ítria na faixa de cerca de 4 a 25%em peso, mais preferivelmente de cerca de 6 e 10% e mais preferivelmentede cerca de 7 a 8%.
Tipicamente, a composição de revestimento de cerâmica abrasi-vo compreende de 5 a 75% em peso de titanato de estrôncio e de 25 a 95%em peso de cerâmica, mais tipicamente de 40 a 60 % em peso de SrTiO e40 a 60% de cerâmica, com base no peso da composição de revestimento.Em uma modalidade, a composição de revestimento da presenteinvenção é preparada como um pó. Nessas modalidades, o titanato de es-trondo terá um tamanho de partícula de 1 a 120 micrometros, mais tipica-mente um tamanho de partícula de 20 a 75 micrometros. Também, nessamodalidade, a cerâmica terá tipicamente um tamanho de partícula de 10 a120 micrometros, mais tipicamente de 45 a 80 micrometros. Deve se tomarcuidado para assegurar que o tamanho de partícula na cerâmica hospedeiranão seja muito diferente do tamanho de partícula do SrTiO1 para proporcio-nar a compatibilidade de combinação, ponto de fusão e condutividade térmi-ca desejados.
Em um aspecto adicional, a composição de revestimento da pre-sente invenção compreende SrTiO e um ou mais metais e/ou ligas de metal.Como usados aqui, os termos "metal abrasivo" e "revestimento de metal a-brasivo" se referem a SrTiO em combinação com um metal ou liga de metal.Um revestimento de metal abrasivo pode ser usado para proporcionar resis-tência às condições oxidantes encontradas durante as condições de serviçoou intensificar as propriedades adesivas do revestimento de barreira térmica.O SrTiO é como descrito acima com respeito aos revestimentos de cerâmicaabrasivos.
Um exemplo de uma liga de metal adequada para uso em umrevestimento de metal abrasivo da presente invenção é úma liga de metal deMCrAIX1 em que M é níquel, cobalto, ou ferro (tanto sozinhos como em com-binação), Cr é cromo, Al é alumínio, e X é lantânio, háfnio, zircônio, ítrio, tân-talo, rênio ou silício. Se X é ítrio, o revestimento de ligação é referido comoum revestimento de ligação de MCrAIX. Revestimentos de MCrAIX são bemconhecidos da técnica, e qualquer liga de MCrAIX pode ser usada no reves-timento de ligação da presente invenção. Exemplos de revestimento de M-CrAIX, tal como FeCrAIY, conforme descritos nas Patentes US nsS 3.528.861e US 3.542.530; revestimentos compósitos nos quais uma camada de cromoé aplicada a um substrato antes da deposição de um revestimento de M-CrAIY; e revestimento de deposição de NiCoCrAIY tendo ductilidade particu-larmente alta descritos na Patente US ne 3.754.903. Em uma modalidade, acomposição compreende SrTiO em combinação com NiCoCrAIY.
Outros exemplos de ligas metais adequadas incluem NiCr, ní-quel aluminídeo ou outras ligas com base em níquel, e materiais com baseem cobre, tal como cobre espinoidal. Em uma modalidade, a composiçãocompreende SrTiO em combinação com NiCr.
A composição de metal abrasiva compreende 40 a 90% em pesode titanato de estrôncio e 10 a 60% em peso de metal e/ou liga de metal,com base no peso da composição de revestimento. Mais preferivelmente, acomposição de metal abrasiva compreende de 70 a 80% em peso de titana-to de estrôncio e 25 a 30% em peso de metal ou liga de metal. O tamanhode partícula para o metal e/ou liga de metal está tipicamente entre 1 e 125micrometros, mais tipicamente entre 45 e 110 micrometros. O revestimentode metal abrasivo pode ser aplicado sobre uma substância em uma espes-sura de entre cerca de 0,254 mm (10 mil) e cerca de 0,127 mm (500 mil).Preferivelmente, a espessura está entre cerca de 0,635 mm (25 mil) e cercade 0,127 mm (50 mil).
A densidade do revestimento da invenção é próxima à da densi-dade teórica, e, preferivelmente, está acima de cerca de 90% da densidadeteórica, próxima a 100% da densidade teórica. É importante que uma tole-rância de 3 a 10% de porosidade seja incorporada ao revestimento parapermitir que refugo abrasivo escape durante a ação abrasiva para evitar queo material se incruste na interface de vedação-palheta, que pode causar "a-ragem" do revestimento abrasivo com soldagem subseqüente do material àponta da palheta, ou "despedaçamento" do revestimento abrasivo. A densi-dade teórica dos materiais porosos é determinada pelos processos bem co-nhecidos da técnica, tal como porosimetria por mercúrio. A densidade teóricapode ser aproximada com exatidão por realização de uma análise visualcomparativa com fotomicrografias padrão de revestimentos ou materiais dedensidade conhecidas. A porosidade do revestimento pode ser facilmentedeterminada por avaliação microscópica de seções transversais dos reves-timentos. A porosidade do revestimento pode ser facilmente determinadapela avaliação microscópica das seções transversais de revestimento. Onível de porosidade desejado em uma aplicação de revestimento pode serestabelecido por ajuste dos parâmetros de pulverização do processo de ter-mopulverização, e pode ser ajustado para obter a quantidade desejada dacapacidade abrasiva para se adequar a uma aplicação específica, tal como material da ponta da palheta (Ti, ou superliga com base em níquel, com pon-ta endurecida ou não, e similares).
As composições de revestimento da presente invenção podemser aplicadas diretamente sobre um substrato, no caso de um revestimentode metal abrasivo, ou, alternativamente, sobre um revestimento de ligação,como no caso de cerâmica abrasiva. Como será entendido por aquele ver-sado na técnica, as composições de revestimento da presente invenção po-dem ser usadas sozinhas ou em combinação umas com as outras ou comoutros revestimentos de ligação adequados e/ou revestimentos de barreiratérmica, conforme desejado.
As composições de revestimento da presente invenção são pro-duzidas por misturamento mecânico do pó de SrTiO com os pós de metal ouos pós de cerâmica, em que os pós individuais têm os tamanhos de partículadescritos acima.
Para formar um conjunto de vedação abrasiva, de acordo com apresente invenção, os materiais de pó descritos acima são termopulveriza-dos sobre um substrato, tal como um gabinete de compressor ou estator ouaro de reforço de turbina para formar um revestimento de vedação abrasivo.
Termopulverização envolve o amolecimento ou fusão de um ma-terial de componente de metal termofundível por aquecimento ou impulsãodo material amolecido ou fundido em forma particulada contra uma superfí-cie a ser revestida. As partículas revestidas golpeiam a superfície onde elassão resfriadas e ligadas às mesmas. Uma pistola de termopulverização con-vencional pode ser usada com a finalidade de tanto aquecer como impelir aspartículas.
Uma pistola de termopulverização utiliza normalmente umacombustão ou plasma ou arco elétrico para produzir o calor para fundir aspartículas em pó. Em uma pistola de termopulverização de combustão dotipo em pó, o gás carreador que carreia e transporta o pó, é tipicamente umgás inerte tal como argônio. Em uma pistola de pulverização de plasma, ogás de plasma primário é, geralmente, argônio ou nitrogênio. Hidrogênio ouhélio é usualmente adicionado ao gás de plasma primário e o gás carreador é geralmente o mesmo que o gás de plasma primário. Outros métodos determopulverização poderiam ser usados também. Uma boa descrição geralda termopulverização é proporcionada na Patente US nQ 5.049.450. Técni-cas de termopulverização adequadas incluem, mas sem limitação, pulveriza-ção à chama de plasma em atmosfera (APS) natural; pulverização de plas- ma em uma atmosfera controlada tal como um gás inerte, conhecido comoPulverização de Plasma em Atmosfera Controlada (CAPS), pulverização deplasma em vácuo parcial ou completo conhecido como Pulverização dePlasma a Vácuo (VPS). Processes de termopulverização de Combustão in-cluindo pulverização à chama por combustão convencional, pulverização aalta velocidade de oxicombustível (HVOF); e óxi-ar a alta velocidade (HVAF).Outros métodos de termopulverização incluem processos de termopulveriza-ção a arco elétrico. Um método preferido é pulverização de plasma usandoatmosfera inerte tal gás argônio ou nitrogênio, com um gás secundário talcomo hidrogênio ou hélio para aumentar a entalpia de gás do plasma.
A pulverização pode ser efetuada sobre qualquer superfície ousubstrato tal como aço-carbono, alumínio e ligas de alumínio, cobre e ligasde cobre, níquel e ligas de níquel, ligas de cobalto, titânio e ligas de titânio.Embora o material de substrato normalmente compreenda metais, outrosmateriais podem ser usados incluindo, por exemplo, plásticos, cerâmicas deóxido e materiais compósitos reforçados com fibras. A superfície é normal-mente limpa e asperizada para obtenção da ligação do revestimento. No ca-so de substratos de metal, a asperização da superfície pode ser obtida porjateamento abrasivo. É recomendado o preaquecimento da superfície dosubstrato para cerca de 250°-350°C para remover qualquer umidade da su-perfície, óleo, etc. e para melhor emparelhamento da entrada de calor datermopulverização subseqüente. Contudo, superaquecimento do substratopode causar emparelhamentos errôneos devido aos coeficientes de conduti-vidade térmica do revestimento e substratos resultando em tensões térmicase subseqüente desligamento do revestimento.
Como serão entendidos por aquele versado na técnica, os pa-râmetros de pulverização de plasma que podem ser variados para ajustar adensidade do revestimento abrasivo incluem a vazão de pó e a corrente doplasma. Uma vazão de pó mais baixa e corrente do plasma mais alta resulta-rão em vedação de maior densidade porque a partículas de pó são aqueci-das para uma temperatura mais alta.
As composições de revestimento da presente invenção, quandodepositadas sobre substratos usados em um ambiente de motor de turbina agás, proporcionarão revestimentos que sobreviverão em ambientes de tem-peraturas muito altas, tais como as de compressores, onde as temperaturasvariam até 950°C, ou em turbina, onde as temperaturas podem variar até1.200°-1.300°C. Tipicamente, o revestimento de SrTiO e cerâmica propor-cionarão excelentes propriedades tais como resistência à erosão e baixacondutividade térmica, em temperaturas de até 1.300°C, enquanto os reves-timentos com SrTiO e um metal e/ou liga de metal proporcionarão excelen-tes propriedades em temperaturas até 950°C. Os revestimentos da presenteinvenção auxiliarão a proteger as porções de metal da turbina devido à suabaixa condutividade térmica, resistência à erosão e estabilidade estrutural.
Em um aspecto adicional, as composições de revestimento dapresente invenção podem ser aglomeradas por meio de atração eletrostáticae/ou pelo uso de um aglutinante para aderência das partículas umas às ou-tras. As partículas aglomeradas são algumas vezes desejáveis para trans-porte, armazenagem e processamento, incluindo termopulverização, dosmateriais misturados, para impedir sedimentação e separação indesejável.Além disso, o tamanho de partícula desejado pode ser obtido por meio deaglomeração, por aglomeração de pó de dimensão submicrométrica à mi-crométrica.
Como usado aqui, o termo "aglutinante" significa qualquer subs-tância que irá aglomerar os pós de cerâmica e de metal. Aglutinantes padrãosão conhecidos da técnica, e incluem, por exemplo, laças, aglutinantes combase em água e aglutinantes com base em solvente. Exemplos de aglutinan-tes orgânicos específicos incluem, mas sem limitação, polímeros vinílicostais como polivinila e copolímeros de vinila, por exemplo, poli(cloreto de vini-la), poli(acetato de vinila), polivinil formal, polivinil butiral, poli(fluoreto de vini-La), poli(cloreto de vinilideno) e poli(fluoreto de vinilideno). Também incluídoestá poliestireno, inclusive resinas de poliparametilestireno, butadieno-estireno, estireno-acrilonitrila e de estireno anidrido maléico. Preferidos sãopoli(acetato de vinila) e poli(álcool vinílico);
Os aglutinantes usados na presente invenção não entram norevestimento pulverizado conforme eles são queimados durante a termopul-verização. Assim, os aglutinantes usados na presente invenção não são ma-teriais "fugitivos", conforme esse termo é conhecido da técnica, que são u-sados para criar porosidade.
As composições da presente invenção podem ser aglomeradaspelo uso da tecnologia de secagem por pulverização. Tipicamente, um aglu-tinante é adicionado a uma mistura das partículas em um solvente. Para mis-turas de cerâmica + cerâmica ou cerâmica + metal, os aglutinantes preferi-dos são PVA (poli(acetato de vinila)) ou PVOH (poli(álcool vinílico)), tambémchamado de PVA) e o solvente é água. A mistura é ou secada por aspersãoou a água é evaporada na medida em que vai sendo mecanicamente mistu-rada. Isso remove o solvente, água, e por ajuste dós parâmetros, diferentestamanhos de aglomerados podem ser feitos.
Alternativamente, aglomeração pode ser realizada como a seguir.Os pós de SrTiO e de cerâmica ou de metal são combinados juntos na razão desejada e colocados em um misturador, tal como um misturador Hobartequipado com um camisa aquecida em torno do vaso misturador e uma fon-te de vácuo. Uma quantidade pesada de aglutinante orgânico, usualmenteperfazendo 2 a 7% do pó combinado, é dissolvida em um solvente líquidoadequado, usualmente água, álcool, nafta, ou outro solvente adequado, de-pendendo do aglutinante, tornando a solução em cerca de 10 a 40% desubstância orgânica dissolvida, e adicionada à mistura de SrTiO/cerâmica oumetal por métodos padrão para obter uma mistura úmida. A mistura úmida éaquecida, com agitação contínua, vácuo é aplicado à mistura. Aquecimentoem uma temperatura entre 150°C e 350°C continua por tempo suficiente pa-ra remover o solvente, usualmente 130 minutos até uma hora e meia. O ma-terial é então deixado resfriar enquanto a agitação continua. A fonte de calor,vapor de água e óleo aquecido podem ser trocados por uma solução fria pa-ra auxiliar no resfriamento. Depois de cerca de 1 a 2 horas, quando a tempe-ratura está entre 40°C e 80°C, ele pode ser resfriado em recipientes de se-cagem/cura e colocado em um forno pare possibilitar a cura do aglutinante.O processo de cura é usualmente a IOO0C a 150°C por 4 a 8 horas. O com-pósito resultante é desaglomerado através de um granulador e peneiradopara um tamanho apropriado para satisfazer as exigências de termo-evaporação, usualmente de 20 a 150 micra.
Em um aspecto adicional, os revestimentos da presente inven-ção podem ser aplicados pelo uso de um fio com núcleo. O fio com núcleo éusualmente um tubo de metal delgado enchido com pó de metal ou de ce-râmica. Essa técnica pode incorporar metais, cerâmicas ou outros pós den-tro de um fio para aplicação de termopulverização ou solda. O plástico podeser também usado como um aglutinante para conter pós de metal ou de ce-râmica. Plástico contendo os pós é então extrudado como um fio, como éconhecido da técnica, e processados por termopulverização em uma pistolado tipo de combustão, por pulverização a arco, ou como o estoque de ali-mentação em uma pistola de plasma a arco convencional. Em uma modali-dade, os pós de SrTiO e de cerâmica e/ou de pós de metal são combinadoscom um aglutinante de plástico e extrudado. SrTiO pode ser também usadosozinho com o aglutinante plástico.
Em uma modalidade, as pelotas do SrTiO e cerâmica ou me-tal/liga de metal podem ser usadas para preencher uma tubulação de alumí-nio. A tubulação é vergada para o tamanho desejado, e o fio resultante éusado como estoque de alimentação no método de termopulverização.
Em uma outra modalidade, o pó de SrTiO é encerrado em umtubo de metal de NiCr, MCrTAIY ou outra liga de níquel ou de cobalto; alter-nativamente, o pó de SrTiO e o pó de cerâmica ou de metal são misturadosjuntos e encerrados em um tubo de metal.
Em uma modalidade preferida, SrTiO + pó de metal são coloca-dos sobre uma tira de liga de níquel e a tira é conformada em um tubo portécnicas de conformação em cilindro. Os pós são os núcleos desse fio. Nu-merosas companhias realizam comercialmente essa fabricação. O fio é en-tão processado por termopulverização em uma pistola do tipo de combustão,por pulverização a arco, ou como o estoque de alimentação em uma pistolade arco-plasma. As vantagens do fio com núcleo compreendem a capacida-de de usar uma variedade expandida de dispositivos de termo-vaporizaçãopara aplicar o revestimento abrasivo e o uso de fio em vez de pó. Como u-sado aqui, o termo "fio com núcleo" refere-se a fios de metal, de liga de me-tal e de plástico usados para conter as composições de pó da presente in-venção.
EXEMPLOS
Os seguintes exemplos têm o objetivo de ilustrar a invenção enão devem, de modo algum, ser interpretados como Iimitativos da invenção.Exemplo 1
Composições de SrTiO e zircônia estabilizada com ítria foramcombinadas em razões variando de 7% a 75% de SrTiO e o restante sendozircônia parcialmente estabilizada com ítria. Os pós foram misturados em umrecipiente ém uma máquina de moinho de bolas ou um misturador-V (má-quinas disponíveis de múltiplas fontes) por 20 minutos e então depositadossobre um substrato (de aço liga 1018 ou aço inoxidável 316) usando técni-cas de pulverização de plasma com os parâmetros estabelecidos na Tabela1, abaixo. As amostras foram testadas em um equipamento abrasivo. Váriosparâmetros de interação de palhetas foram usados. As palhetas eram de açode alta velocidade, 0,32 cm de largura em uma rotação de roda de 20,32 cmde largura, em 4.000, 6.000 e 8.000 rpm com uma taxa de interação de0,00254 cm/s (0,1 mil/s) e 0,0254 cm/s (10 mil/s) para cada ajuste de rpm.Dureza, resistência à ligação e outras propriedades para cada uma dascombinações são apresentadas na Tabela 2 abaixo. As Figuras 2, 3 e 4 sãomicrografias das composições pulverizadas.Tabela 1
Tabela de Parâmetros para Pulverização de SrTiO + ZY-7
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Nota: a voltagem foi ajustada por variação do gás secundário.Tabela 2
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* a 900 graus.
Teste de Condutividade Térmica
ASTM C1113 "Teste de fio quente" foi usado para determinar acondutividade térmica. Os resultados foram checados usando ASTM C117"Placa Quente Protegida" em várias amostras.
Coeficiente de Expansão Térmica (CTE)
O coeficiente de expansão térmica foi determinado de acordocom ASTM E-228 Análise Dilatométrica Térmica (TDA) da temperatura am-biente até a temperatura operacional ou a 1.000°C.
Testes de Dureza
As durezas foram determinadas usando-se um dispositivo deteste de dureza superficial com um endentador de diamante. Essas durezasforam convertidas em valores de dureza mássica usando as tabelas forneci-das pelo fabricante Rockwell. A tabela está disponível de várias fontes, in-clusive a internet e é chamada de "Tabela de Conversão de Dureza Equivalente".
O teste usado e o endentador de Cone de Diamante "N" na es-cala HR 15 N, que tem uma carga menor de 3 kgf e uma carga maior de 1220 kgf para uma carga total de 15 kgf.
Exemplo 2
As composições de SrTiO e MCrAIY ou NiCr foram combinadasem razões variando de 5 a 50% de MCrAIY ou NiCr e o restante sendo Sr-TiO. Os pós foram misturados em um recipiente em uma máquina de moinhocom bolas ou em um misturador-V por 20 minutos. As composições foramentão depositadas sobre um substrato de aço brando (aço liga 1018 ou açoinoxidável 316) usando técnicas de pulverização de plasma com os parâme-tros estabelecidos na Tabela 2 abaixo. As amostras foram testadas em umequipamento abrasivo. Foram usados vários parâmetros de interação depalhetas. A palheta de aço para alta velocidade (0,32 cm de largura) em umarotação de roda de 20,32 cm a 4.000, 6.000 e 8.000 rpm com um taxa deinteração de 0,00254 cm/s e 0,0254 cm/s para cada ajuste de rpm. Dureza,resistência à ligação e outras propriedades para cada uma das combinaçõesestão mostradas na Tabela 3 abaixo.
Tabela 3
Tabela de Parâmetros para Pulverização de SrTiO + MCrAIY
<table>table see original document page 18</column></row><table>Tabela 3 - continuação
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Nota: a voltagem pode ser também usada com misturas mecânicas de 75%de SrTiO + 25% de NiCr.
Embora modalidades particulares desta invenção tenham sidodescritas acima com fins de ilustração, será evidente para aqueles versadosna técnica que numerosas variações dos detalhes da presente invenção po-dem ser feitas sem se desviar da invenção conforme definida nas reivindica-ções apensas.
Claims (24)
1. Composição de revestimento em pó, caracterizada pelo fatode que compreende oxido de estrôncio titânio e uma cerâmica.
2. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que óxido de estrôncio titânio compreen-de 25 a 60% em peso de Sr2TiO4 e 75 a 40% em peso de Sr3Ti2O7.
3. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que óxido de estrôncio titânio é um cristal.
4. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que óxido de estrôncio titânio tem umtamanho de partícula de 1 a 120 micrometros.
5. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que óxido de estrôncio titânio tem umtamanho de partícula de 10 a 120 micrometros.
6. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que óxido de estrôncio titânio e/ou partí-culas de cerâmica são aglomerações de pó de tamanho sub-micrométrico amicrométrico.
7. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que a composição compreende de 5 a-75% é'm peso de óxido de estrôncio titânio e 25 a 95% em peso de cerâmica,com base no peso da composição de revestimento.
8. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de que a cerâmica é zircônia estabilizada.
9. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivindi-cação 8, caracterizada pelo fato de que a zircônia é estabilizada com umcomposto selecionado do grupo que consiste em ítria, céria, cálcia, magné-sia e misturas destas.
10. Composição de revestimento em pó, caracterizada pelo fatode que compreende óxido de estrôncio titânio e um ou mais metais e/ou li-gas de metal.
11. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que oxido de estrondo titânio com-preende 25 a 60% em peso de Sr2TiO4 e 75 a 40% em peso de Sr3Ti2O7.
12. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que o oxido de estrôncio titânio temum tamanho de partícula de 15 a 120 micrometros.
13. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que o tamanho de partícula de metale/ou liga de metal é de 1 a 125 micrometros.
14. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que as partículas de óxido de estrôn-cio titânio e/ou de metal/liga de metal são aglomerações de pó de tamanhosubmicrométrico a micrométrico.
15. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que a composição compreende de 40a 90% em peso de óxido de estrôncio titânio e 10 a 60% em peso de metale/ou liga de metal, com base no peso da composição de revestimento.
16. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que a composição compreende umaliga de metal e a liga de metal é NiCr.
17. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 10, caracterizada pelo fato de que a composição compreende umaliga de metal e a liga de metal é MCrAIX.
18. Composição de revestimento em pó de acordo com a reivin-dicação 17, caracterizada pelo fato de que MCrAIX é NiCoCrAIY.
19. Artigo de metal caracterizado pelo fato de que tem o reves-timento conforme definido na reivindicação 1.
20. Artigo de metal caracterizado pelo fato de que tem o reves-timento como definido na reivindicação 10.
21. Conjunto de vedação abrasivo caracterizado pelo fato de queque compreende:um substrato; eum revestimento de vedação abrasivo depositado sobre o subs-trato por termopulverização, o revestimento de vedação abrasivo compreen-dendo i) oxido de estrôncio titânio e uma cerâmica ou ii) oxido de estrôncio etitânio e um metal e/ou liga de metal.
22. Conjunto de vedação abrasivo, de acordo com a reivindica-ção 21, caracterizado pelo fato de que o conjunto está localizado na seçãode compressor e/ou seção de turbina de um motor de turbina a gás.
23. Fio com núcleo caracterizado pelo fato de que contém acomposição de revestimento de revestimento em pó como definida na rei-vindicação 1.
24. Fio com núcleo caracterizado pelo fato de que contém acomposição de revestimento de revestimento em pó como definida na rei-vindicação 10.
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