BRPI0904232A2 - aparelho para formar de maneira contìnua revestimentos cerámicos finos sobre chapas metálicas, folhas ou arames, processo para formar revestimentos sobre chapas metálicas, folhas, ou arames - Google Patents
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Abstract
APARELHO PARA FORMAR DE MANEIRA CONTINUA REVESTIMENTOS CERAMICOS FINOS SOBRE CHAPAS METALICAS, FOLHAS OU ARAMES, PROCESSO PARA FORMAR REVESTIMENTOS SOBRE CHAPAS METALICAS, FOLHAS, OU ARAMES. A invenção divulgada neste Pedido é relativa a um aparelho para formar, de maneira contínua, revestimentos cerâmico finos sobre chapas metálicas, folhas ou arames, como mostrado na figura fornecida abaixo. A invenção também fornece um processo para formar, de maneira contínua, revestimentos cerâmicos finos sobre chapas metálicas, folhas ou arames.
Description
"APARELHO PARA FORMAR DE MANEIRA CONTÍNUAREVESTIMENTOS CERÂMICOS FINOS SOBRE CHAPAS METÁLICAS,FOLHAS OU ARAMES, PROCESSO PARA FORMARREVESTIMENTOS SOBRE CHAPAS METÁLICAS, FOLHAS, OU ARAMES"
Campo da invenção
A invenção é relativa a um processo para deposição contínuade revestimento e um aparelho para realizar o processo. A invenção, maisparticularmente, é relativa a processo para formar revestimentos cerâmicosbaseados em óxidos sobre metal reativo e chapas de ligas, folhas e arames queestão na forma de tela, em uma maneira contínua, e um aparelho para isto. Osfilmes obtidos de acordo com a presente invenção têm acabamento superficialbrilhante, isolamento térmico e elétrico, inércia química, inércia ambiental,capacidade de limpeza de superfície, anti-aderência a pó e têm boa resistênciaa arranhão. Além disto, o processo descrito na presente invenção deposita osfilmes de óxidos cerâmicos em uma velocidade rápida e aprimora aprodutividade em uma grande escala.
Fundamento da invenção
Os metais como Al, Ti, Mg e suas ligas são comercialmente eamplamente utilizados nas indústrias de engenharia como automobilística,aeroespacial, têxtil, petroquímica e de cerâmica (terracota) na forma dehastes, barras, tubulações, folhas, chapas, arames, tubos, canais, seções,polias, cilindros, pistões, etc. Independentemente das propriedadespromissoras específicas e disponibilidade comercial que estes materiais têm, arazão principal para utilizar estes materiais é sua relação de resistênciaelevada para peso. Contudo, existe uma limitação para utilizar estes materiaisalém de um certo ponto; a limitação surge do fato que estes materiaisapresentam baixa resistência a desgaste, rasgamento, ataque químico e calor.
Tradicionalmente, anodização é empregada para obterrevestimentos em ligas de alumínio. Porém os revestimentos resultantes sãoencontrados serem porosos, fracamente aderentes ao substrato, portanto nãopodem proporcionar proteção de alto nível contra desgaste, rasgamento ecorrosão. Além disto, velocidades de deposição de revestimento alcançadassão também baixas no processo de anodização.
Técnicas de borrifamento térmico como borrifamento deplasma, borrifamento de oxi-combustível em alta velocidade, borrifamentopor detonação, são bem desenvolvidas e amplamente utilizadas pela indústriade engenharia para produzir grandes variedades de revestimentos cerâmicosmetálicos baseados em óxido, carbureto e nitreto. Estes revestimentos sãoessencialmente empregados para combater diversas formas de desgaste erasgamento e corrosão, para com isto aprimorar a vida útil dos componentesfeitos de metais e ligas diferentes. Contudo, técnicas de borrifamento térmicodemandam um alto grau de operações de pré-revestimento e pós-revestimento, que são muitas vezes indutoras de custo. Dimensão, forma ecomplexidade em geometria de componentes de engenharia restringem aaplicabilidade das técnicas de borrifamento térmico. Além disto, estastécnicas demandam alta qualidade bem como pós caros, tais como Alumina,Alumina-Titânia, Tungstênio Carbureto-Cobalto, Cromo Carbureto-NiquelCromo preparados por rotas de fabricação especialmente desenvolvidas, taiscomo sol-gel, atomização, fusão, sinterização e esmagamento, reduçãoquímica e mistura. Rendimento de deposição destes pós é sempre muitomenor do que 100% requerendo assim um dispositivo especial de separaçãode pó não utilizado da câmara de revestimento. Uma vez que estas técnicas derevestimento empregam borrifamento de partículas de pó aquecidas sobre assuperfícies relativamente frias, muitas vezes resulta em ligação metalúrgicapobre entre o substrato e o revestimento. Estes revestimentos são muitas vezescaracterizados por porosidade inerente, micro-rachaduras e níveis maiselevados de tensões residuais que, por sua vez, conduzem à falha dosrevestimentos no caso de aplicações críticas. Devido ao mecanismo dedeposição de revestimento associado, as técnicas de borrifamento térmico nãosão de todo adequadas para depositar filmes finos sobre chapas, folhas earames. Além disto, não é praticamente possível depositar revestimentos finosem chapas finas, folhas e arames em uma maneira contínua.
Ainda outro campo de pesquisa na área de deposição de filmefino em chapas, folhas e arames, é por meio de técnicas de deposição física devapor (PVD) e deposição química de vapor (CVD). Contudo, devido ànatureza inerente destes processos, onde a deposição de revestimento global éinfluenciada de maneira significativa pelas interações de escalaiônica/atômica com as superfícies que estão sendo revestidas, as velocidadesglobais de deposição de revestimento são extremamente baixas e velocidadesde produção são muito baixas. Além da natureza da deposição lenta destesprocessos, estas técnicas também não são adequadas para deposição derevestimento em uma escala contínua em áreas superficiais extremamentemaiores/mais compridas.
Para superar as dificuldades e limitações mencionadas acima ea necessidade de hoje por revestimentos que apresentem propriedadesmelhoradas tribológicas, elétricas, térmicas e químicas, e que tenhamdensidade mais elevada e excelente resistência a desgaste, trabalho depesquisa na área de desenvolver um processo melhorado de oxidação commicro-arco ganhou importância de maneira global.
Existe um bom número de patentes e publicações que lidamcom os processos de deposição de revestimento cerâmico sobre alumínio esuas ligas. Alguma literatura relevante na técnica precedente em processos demicro-arco são referidas abaixo.
De acordo com a Patente US número 6.197.178 um potencialsenoidal puro trifásico de energia elétrica de 480V CA é fornecido para a telade liga de alumínio e densidades de corrente entre 20 e 70 A/dm sãoaplicadas. Durante o processo a densidade de corrente é mantida, movendo atela em uma relação uma à outra. Um eletrólito com KOH5 Na2SiOs eNa2O.Al2O3.3H2O na proporção de 2 gramas por litro de água deionizada éutilizada. A temperatura do banho eletrolítico é mantida entre 25 0C e 80 °C.
A espessura de revestimento conseguida é relatada ser na faixa de 100 até 160mícrons para um tempo de processamento de 30 minutos sobre amostrascilíndricas.
Embora os revestimentos resultantes fossem encontrados teraderência forte com o substrato, nenhuma informação está disponível comrelação à densidade e uniformidade dos revestimentos conseguidos. Adensidade de revestimento é um parâmetro muito importante na decisão deresistência a desgaste dos revestimentos resultantes.
Na invenção citada acima os inventores utilizaram uma formade onda de voltagem senoidal pura, sem qualquer modificação de forma deonda, enquanto uma forma de onda em pico de forma aguda faz umacontribuição principal no fornecimento de um revestimento denso e duro. Épor isto que os revestimentos obtidos através do processo mencionado acimaapresentam dureza mais baixa, isto é, 1.200-1.400 kg/mm . Contudo, não hámenção da aplicação de dito processo para depositar revestimentos sobrechapas finas, folhas e arames e isto também em uma maneira contínua.
A Patente US número 5.616.229, concedida a Samsonov eoutros, divulga um método de formar um revestimento cerâmico sobre metaisde válvula. Este método compreende a aplicação de no mínimo correntealternada de 700V através das partes a serem revestidas. Modificação daforma de onda é conseguida através de um banco capacitor conectado emsérie entre a fonte de alta voltagem e o corpo metálico a ser revestido. Aforma de onda de corrente elétrica cresce desde zero até a sua altura máxima ecai até abaixo de 40% de sua altura máxima em menos do que um quarto deciclo alternado completo.O eletrólito utilizado no processo citado acima contém a 0,5g/l de NaOH5 0,5-2 g/l de KOH. Em adição, o eletrólito também contém tetra-silicato de sódio para o qual não há reivindicação sobre a quantidade exata aser adicionada. Durante o processo a composição do eletrólito é trocadaadicionando sal oxi-ácido de um metal álcali na faixa de concentração de 2até 200 g/l de solução. O processo foi demonstrado revestindo uma liga dealumínio conhecida como Duralumin empregando três diferentes banhoseletrolíticos. Contudo, no processo explicado acima não há menção de manterqualquer relação específica entre o álcali e o silicato metálico.
No processo de oxidação com micro-arco, o álcali é realmenteresponsável por dissolver o revestimento enquanto o silicato metálico éresponsável pela construção do revestimento através de poli-condensação deanions de silicato. Concentração de silicato muito elevada no eletrólito produzacumulação de revestimento mais elevada, especialmente nas arestas namostra ao invés de nas outras porções da amostra, resultando assim em umrevestimento não uniforme. Daí, existir uma necessidade para manter umcerto grau de proporção entre o álcali e o silicato metálico para concluir comrevestimentos uniformes e densos. Contudo, não há menção da aplicação dedito processo a depósitos de revestimento em chapas finas, folhas e arames etambém em uma maneira contínua.
No processo divulgado na Patente US número 5.616.219 foidescrito um processo no qual uma velocidade de deposição média de 2,5mícrons por minuto foi alcançada. Contudo, a espessura de camada internafundida completamente é somente 65 mícrons de um total de espessura derevestimento de 100 micra. Isto indica que este processo pode produzirrevestimentos compreendendo apenas 65% de camada densa inicial erestantes 35% de camada externa e porosa com quatro a seis número de porospor centímetro quadrado de área e um diâmetro médio de poro de 8-11 micra.
Para tornar estes revestimentos adequados para aplicaçõesresistentes a desgaste, a camada porosa externa de espessura suficiente precisaser completamente removida por usinagem ou esmerilhamento.Independentemente do fato que estas operações de usinagem ouesmerilhamento são caras, usinagem/esmerilhamento de partes revestidas deformas complexas não simétricas é extremamente difícil e demanda alto graude equipamento automatizado e também níveis mais elevados de mão-de-obra. Isto aumenta de maneira efetiva o custo do revestimento por volumeunitário. Contudo, não há menção da aplicação de dito processo paradepositar revestimentos sobre chapas finas, folhas e arames, e isto também emuma maneira contínua.
Os processos da técnica precedente de processos de oxidaçãode micro-arco, embora produzindo revestimentos aderentes espessos densoscom velocidades de deposição de revestimento mais elevadas, falharamporém em produzir filmes finos em uma escala contínua de modo a revestirdiversos metros e quilômetros de comprimento de chapas ou folhas e aramesonde neles é essencialmente requerido imprimir acabamento superficialbrilhante, isolamento térmico e elétrico, inércia química, capacidade delimpeza superficial, inércia ambiental, anti-aderência a poeira, e ter boaresistência a arranhão para encontrar aplicações potenciais no campo deaplicações decorativas, isolamento e anti-aderência à poeira.
Além disto, na técnica precedente o processo empregado pararevestir tela metálica foi discutido em detalhe, porém nada foi divulgado arespeito do aparelho genérico empregado para realizar os revestimentos sobrechapas finas, folhas e arames, e isto também em um processo de maneiracontínua em escala contínua.
De acordo com a invenção divulgada na Patente US número6.197.178, o aparelho empregado para obter o revestimento consiste de umtanque de revestimento quimicamente inerte colocado dentro de um tanqueexterno. O tanque externo contém fluido de troca de calor. Eletrólito a partirdo tanque interno é circulado através do trocador de calor colocado no própriotanque externo. Para remover calor do fluido de troca de calor, o fluido detroca de calor é retirado do tanque externo com a ajuda de uma bomba e éentão passado através de um trocador de calor resfriado a ar forçado. Aoperação dos trocadores era controlada de maneira automática, de modo amanter a temperatura desejada dentro do banho de eletrólito. Contudo, existeuma desvantagem séria com este tipo de ajuste. Quando um componente dedimensão maior do que aquela do tanque de revestimento interno deve serrevestido, as dimensões do tanque interno devem ser aumentadas o que, porsua vez, pode demandar também mudança das dimensões do tanque externo.
Isto torna o processo mais indutivo de custos.
Em nossa Patente Indiana número 2.09.817, o processo aseguir foi descrito.
Um processo para formar revestimentos sobre corpos demetais reativos e ligas que compreende eletrolisar em uma câmara de reaçãonão metálica, não reativa, não condutiva, que contém uma solução eletrolíticaalcalina que tem 1 pH >12 e condutitividade > 2 mili mhos, que compreendehidróxido de potássio, tetra-silicato de sódio e água deionizada ou destilada,imergir no mínimo dois corpos metálicos selecionados a partir do grupo demetais o reativos sobre os quais revestimentos devem ser efetuados, os corpossendo fixados em uma maneira móvel, cada corpo sendo conectado a umeletrodo, passar corrente de onda alternada multifasica através de ditos corpospor meio de dois tiristores conectados paralelamente costas com costas porum período baseado na espessura desejada do revestimento a ser conseguido,aumentar lentamente a corrente que está sendo fornecida para ditos corpos atéque a densidade de corrente requerida seja alcançada, então manter a correnteno mesmo nível através de todo o processo, o potencial elétrico sendo aindaaumentado gradualmente para compensar a resistência crescente dorevestimento quando a formação de arco visível na superfície das regiõesimersas de ditos corpos é observada, regular a composição do eletrólitomedindo o seu pH e condutividade durante o processo por meio de métodosconvencionais, manter a temperatura do eletrólito entre a faixa de 4 0C até 50°C, e manter o eletrólito em circulação contínua através de todo o processo.
A dita patente também divulga um aparelho para realizar odito processo. O dito aparelho divulgado em dita patente está mostrado nasfiguras A, B e C do desenho que acompanha esta especificação. Nos desenhos
A figura A representa a vista frontal do aparelho derevestimento para realizar o processo divulgado na presente invenção.
A figura B representa a vista frontal do painel de controleprincipal para realizar o processo divulgado na presente invenção.
A figura C representa a vista frontal do painel de controleremoto para realizar o processo divulgado na presente invenção.
O aparelho para realizar o processo como divulgado em ditaPatente compreende uma câmara não metálica, não condutora, não reativa 1(chamada câmara de reação) que abriga no mínimo dois corpos metálicos 2,cujas superfícies devem ser revestidas, com os corpos sendo conectadas aobraço que carrega energia elétrica 3 dotado de um mecanismo ajustável emaltura 4 uma entrada 5 para o eletrólito fornecido no fundo e uma saída 6 notopo da câmara, no painel do controlador principal 8 voltímetro analógico 9 eamperímetro 10 sendo fornecidos para indicar a voltagem e corrente deentrada, um (interruptor) de energia elétrica liga/desliga 11 do tipo alavancasendo fornecido, um potenciômetro 12 fornecido para aumentar lentamente osuprimento de corrente para os corpos metálicos 2, interruptor liga/desliga 13,comutadores de tiristor liga/desliga 14, ajustamento de voltagemmanual/automático 15 e comutadores seletores 16 de operação local/remotasendo também fornecidos, saídas 17 de tiristor (não mostrado) etransformador sendo conectadas através dos voltímetros analógicos separados18 e amperímetros 19, dois indicadores de temperatura digitais separados 20sendo ligados ao painel do controlador remoto 21, a temperatura do eletrólitona entrada e saída sendo medida através dos termopares (não mostrado), umosciloscópio 22 preso ao controlador remoto 21 para monitorar o potencialelétrico e formas de onda de corrente durante o processo, voltímetro digital 23e amperímetro 24 presos ao painel de controle remoto 21 sendo utilizadospara monitorar as mudanças na corrente e voltagem durante o processo derevestimento, a altura da coluna eletrolítica 7 na câmara de reação 1 sendoajustada através de um dimmerstat 25 preso ao painel do controlador remoto21 e um botão de parada em emergência 26 que é preso ao painel de controleremoto 21 para terminar o suprimento de energia elétrica para os corpos nocaso de qualquer emergência.
As desvantagens do aparelho divulgado em nossa Patenteprecedente número 2.09.817 estão listadas abaixo.
1. O aparelho não é adequado para depositar revestimentosmais finos em superfícies de grande área.
2. O aparelho não é adequado para depositar revestimentossobre folhas finas, chapas e arames
3. O aparelho é adequado para depositar revestimentos maisespessos (85 até 95 mícrons como ilustrado no Exemplo 1 e Exemplo 2descritos na Patente número 2.09.817), possui acabamento superficialbastante grosseiro, pelo que, a capacidade de limpeza superficial é pobre esujeita a acumulação de poeira.
4. O aparelho não é adequado para escala de produção, umavez que ele é meramente do tipo de processamento em batelada com base noprojeto do banho eletrolítico, e também pela maneira na qual os corpos aserem revestidas são arranjados no banho e consume bastante tempo parafixar os corpos a serem revestidos.
5. O aparelho trabalha apenas com energia elétrica bifásica edeixa a terceira fase não utilizada, portanto conduz a desbalanceamentoelétrico nos condutores elétricos.
Daí, pode ser visto que existe uma necessidade por fornecerum processo para depositar filmes finos uniformes sobre chapas, folhas earames de modo a aprimorar acabamento superficial, isolamento térmico eelétrico, inércia química, capacidade de limpeza superficial, anti-aderência apoeira e ter boa resistência a arranhão, bem como depositar em uma maneiracontínua, e também o aparelho para realizar o processo.
Objetivos da invenção
Portanto, o objetivo principal da presente invenção é proporum processo para depositar filmes cerâmicos finos, uniformes, aderentessobre chapas, folhas e arames em uma maneira contínua sem qualquerinterrupção.
Outro objetivo da presente invenção é propor um processopara proteger as chapas, folhas e arames, em particular feitas de alumínio esuas ligas, para protegê-las contra reações térmicas, químicas, elétricas eambientais.
Ainda outro objetivo da presente invenção é propor umprocesso para depositar filmes cerâmicos finos uniformes, aderentes sobrechapas, folhas e arames, que seja simples e econômico.
Outro objetivo da presente invenção é propor o aparelho pararealizar o processo para depositar filmes cerâmicos finos uniformes, aderentessobre chapas, folhas e arames em uma escala de produção.
Ainda outro objetivo da presente invenção é propor umaparelho para realizar o processo sem ter um transformador no circuitoelétrico, de modo que as formas de ondas elétricas modificadas por tiristoresnão sejam distorcidas e, portanto, os revestimentos depositados sejam maisuniformes e aderentes.
Ainda outro objetivo da presente invenção é propor umaparelho para realizar o processo onde todas as três fases do suprimento deenergia estejam sendo utilizadas de maneira adequada para a deposição derevestimento, de modo que as velocidades de produção sejam mais elevadas edesbalanceamentos elétricos sejam minimizados.
Breve descrição da invenção
Os objetivos acima da presente invenção são alcançadosfornecendo um processo que envolve oxidação eletrotérmica e eletroquímicade corpos na forma de chapas, folhas ou arames que se movem de maneiracontínua em uma solução eletrolítica alcalina. Em seu termo o mais amplo, apresente invenção fornece um novo processo para oxidar de maneira contínuade forma eletrolítica chapas metálicas, folhas e arames.
Descrição detalhada da invenção com referência a desenhos queacompanham
A presente invenção será mais completamente entendida apartir da descrição a seguir tomada em conjunto com os desenhos queacompanhamnos quais:
A figura D representa o diagrama esquemático do aparelho dapresente invenção.
Consequentemente, a presente invenção fornece um aparelhopara formar de maneira contínua revestimentos cerâmicos finos sobre chapasmetálicas, folhas ou arames, daqui em diante referidos de maneira coletivacomo "tela metálica", que compreende uma câmara de reação 1 constituída deum tanque de aço doce ao mesmo tempo revestido dentro e fora com plásticoreforçado por fibra para segurança aprimorada e para evitar qualquervazamento de energia elétrica, a câmara de reação 1 sendo capaz de conteruma solução eletrolítica alcalina 2 que compreende hidróxido de potássio etetra silicato de sódio em água desionisada ou destilada, a câmara de reação 1sendo dotada de chapas de náilon perfuradas 3, as chapas sendo presas uma naoutra em cada canto e sendo fixadas de maneira removível e colocadas aolongo das paredes longitudinais da câmara de reação 1, a chapa de náilon 3sendo também dotada de três guias de barras de náilon 4, bem como trêshastes de cobre 5 que são capazes de girar levemente cada uma das hastes decobre 5 tendo uma geometria circular e sendo conectadas e separadamente àsfases R, Y e B de suprimento de energia por meio de grampos de cobre de altacondutividade 8 que têm geometria interna circular, cada fase (fases R, Y e B)sendo dotada de dois tiristores conectados em paralelo costas com costas 6, assaídas dos tiristores 6 sendo conectadas a cada uma das hastes de cobre 5utilizando três transformadores de corrente (CTs) 7, as três hastes de náiloncoletoras 9, cada uma das quais é capaz de rotação por meio do dispositivo deacionamento 10 fornecido para coletar a tela metálica depois de ser revestida,sendo presas à porção esquerda superior da chapa de náilon 3, a câmara 1também tendo uma entrada 11 para o eletrólito fornecida no fundo da câmarade reação 1 eas duas saídas 12 para o eletrólito fornecidas no local oposto emrelação ao lado de entrada no topo da câmara de reação 1.
Trocando a localização das guias de barras de náilonlivremente rotativas 4, seja verticalmente ou horizontalmente no banho, épossível trocar a área superficial total da tela metálica que está sendorevestida sem trocar o projeto básico da câmara de reação. Isto pode ser feitoutilizando a chapa de náilon perfurada 3 que permite a acomodação de maiornúmero de guias de barra de náilon 4, de modo que as telas a serem revestidaspodem ser passadas em uma maneira em zig-zag para aumentar o tempo deresidência dos corpos no banho, permitindo assim aumentar a área de contatoda tela metálica que deve ser revestida com o eletrólito, sem necessitarquaisquer outras mudanças de projeto para a câmara de reação 1, com isto aprodutividade global aumenta de maneira significativa e a energia classificadado equipamento é completamente utilizada. A tela revestida pode ser movidaatravés da solução de eletrólito 2 por meio de dispositivo de acionamento queatua sobre uma ou mais das hastes de cobre 5, hastes coletoras de náilon 9capazes de girar a uma rotação pré-ajustada empregando um acionamento 10preso à estrutura exterior da câmara de reação 1 com a ajuda de um sistemaconvencional de engrenagem de redução, a velocidade linear da tela metálicaou em outras palavras o tempo de residência da tela dentro do banho écontrolado ajustando a rotação do acionamento.
De acordo com outro aspecto da invenção é fornecido umprocesso para formar revestimentos sobre chapas metálicas, folhas ou arames,daqui em diante estes referidos coletivamente como "tela metálica", quecompreende imergir no mínimo três telas metálicas selecionadas dentre ogrupo reativo de metais sobre as quais revestimentos devem ser efetuados emuma solução eletrolítica alcalina que tem um pH > 12 e condutividade > 2milirnhos, que compreende hidróxido de potássio e tetra-silicato de sódio em águadesionisada ou destilada contida na câmara de reação 1 do dispositivo comodefinido acima, passar onda de corrente alternada multifásica através de ditatela por meio dos tiristores conectados de maneira paralela costas com costas,por um período baseado na espessura desejada dos revestimentos a seremalcançados, aumentar lentamente a corrente que está sendo suprida para ditatela, até que a densidade de corrente requerida seja alcançada, o escoamentodo eletrólito sendo na direção perpendicular à direção da tela metálica emmovimento, de tal maneira que o escoamento transversal seja alcançado paraa dissipação de calor efetiva na câmara de reação, manter a corrente nomesmo nível através de todo o processo, o potencial elétrico sendo aindaaumentado gradualmente para compensar a resistência crescente norevestimento quando a formação de arco visível na superfície das regiõesimersas de dita tela é observada, regular a composição do eletrólito medindoseu pH e condutividade durante o processo por meio de métodosconvencionais, manter a temperatura do eletrólito entre a faixa de 4 0C até 500C e manter o eletrólito em circulação contínua através de todo o processo, atela revestida sendo removida retirando as chapas de náilon perfuradas dacâmara de reação.A solução eletrolítica 2 entra na câmara de reação 1 através daentrada 11 fornecida no fundo da câmara de reação 1 e deixa a câmara dereação 1 através de duas saídas 12 fornecidas no lado oposto em relação aolado de entrada no topo da Câmara de reação 1, uma energia elétrica trifásicaé fornecida através de dois tiristores conectados em paralelo costas comcostas 6 fornecidos para cada fase (fases R, Y e B)que são empregadas paramodificar as formas de onda de corrente e voltagem. Todas as três fases deenergia elétrica de onda modificada são então passadas através de três telasmetálicas a serem revestidas, conduzindo à velocidade de produçãoaprimorada e a minimizar desbalanceamentos elétricos nos condutoreselétricos. Três transformadores de corrente (CTs) 8 que consistem de x, y e ζe ponto comum c são fornecidos para as fases R, Y e B em maneira paramedir separadamente a magnitude da corrente que escoa nas três fases e osinal elétrico feito médio resultante é alimentado para o bloco tiristor 6 demodo que o suprimento de corrente constante a fornecido através de todo oprocesso de deposição de revestimento.
Em uma modalidade preferida da invenção o eletrólitoutilizado pode conter hidróxido de potássio e tetra-silicato de sódio na relaçãopreferida de 2:1. A tela sobre a qual a deposição deve ser feita pode serselecionada dentre o grupo reativo de metais que consiste de Al, Ti, Mg, Zr,Ta, Be, Ge, Ca, Te, Hf, V e suas ligas binárias, ternárias e de multi-constituintes com elementos como Cu, Zn, Mg, Fe, Cr, Co, Si, Mn, Al, Ti,Mg, Zr, Ta, Be, Ge, Ca, Te, Hf, V, W.
O material de tela é deixado mover em uma velocidade pré-ajustada, ajustando a velocidade do acionamento 10. A velocidade linear datela é calculada com base no tempo de residência no banho requerido paradepositar a espessura de filme requerida. O escoamento de eletrólito é nadireção perpendicular à direção da tela que se move de tal maneira que oescoamento transversal é alcançado para dissipação de calor efetiva na câmarade reação. A vazão de eletrólito em litros por minuto é calculada com base naárea superficial da tela que está sendo revestida, de tal maneira que a relaçãode área superficial total (polegadas quadradas cm) para a vazão (litros porminuto) seja mantida entre 0,1 a 1,2 de modo a manter a temperaturaconstante do banho. O eletrólito é circulado através de um sistema trocador decalor resfriado a ar de modo que a temperatura do banho é mantida constante.Consequentemente, o eletrólito resfriado penetra na câmara de reação atravésda entrada 11 fornecida em seu fundo e o eletrólito quente sai através dassaídas 12 a partir do topo da câmara. Dois tiristores conectados em paralelocostas com costas fornecidos para cada fase R, Y e B são empregados aomesmo tempo para modificar as formas de onda de corrente e voltagem. Oângulo de disparo dos tiristores é baseado no sinal de realimentação obtidocoletando o valor médio de corrente elétrica que passa através de cada faseindividual e utilizando este valor médio como um sinal de realimentação,mantendo assim constante o suprimento de corrente através de todo oprocesso. A energia elétrica de onda modificada é passada através de nomínimo três telas a serem revestidas ou múltiplos de três telas. A magnitudede corrente é baseada na área superficial de contato do corpo a ser revestidocom o eletrólito. O tempo total de suprimento de energia é baseado nocomprimento total em metros da tela (chapa, folha, ou arame) que está sendorevestida dividida pela velocidade linear (metros por segundo) do corpo nobanho.
Realizando o processo como descrito acima é possível obterfilmes finos de espessura predeterminada na faixa de 0,25 até 10 mícronssobre chapas e folhas que têm uma ampla faixa de larguras desde 10 cm até500 cm e arames de diâmetros variáveis desde 0,2 cm até 2,0 cm e sobre umcomprimento total de diversos quilômetros sem qualquer interrupção,fornecendo revestimento de qualidade superior e velocidades de produçãoaprimoradas. Os filmes finos assim obtidos empregando o processo descritoacima apresentaram acabamento superficial brilhante, isolamento térmico eelétrico, inércia química, capacidade de limpeza superficial, anti-aderência depoeira e boa resistência a arranhão. Além disto os filmes finos produzidos poreste método são aderentes, lisos e uniformes do que os revestimentosproduzidos na técnica precedente.
Os detalhes da invenção são dados nos exemplos fornecidosabaixo, que são fornecidos para ilustrar a invenção e, portanto, não deveriamser imaginados limitar o escopo da presente invenção.
Exemplo 1:
Três folhas de alumínio de alta pureza cada uma comdimensão de 68 mm de largura, 30 mícrons de espessura e 500 metros decomprimento, são conectadas à saída do suprimento de energia. A áreasuperficial total em contato com o eletrólito é ajustada para seraproximadamente 2100 cm2 e uma corrente trifásica de 210 A é passadaatravés de cada tela e é mantida constante através de todo o processo. A áreasuperficial da tela em contato é ajustada ajustando a localização das barras denáilon. Eletrólito que contém hidróxido de potássio e tetra silicato de sódio narelação de 2:1 (4 g/l de hidróxido de potássio e 2 g/l de tetra silicato de sódio)misturados em água deionizada é circulado através da câmara de reaçãoatravés de todo o processo. A vazão de eletrólito de 1200 l/min é mantidaatravés de todo o processo. A rotação do acionador é ajustada em 550revoluções por minuto, de modo que uma velocidade linear de 2,2 m/min émantida constante através de todo o processo. O processo é continuado poruma duração total de 3 horas e 50 minutos para revestir uma folha decomprimento total igual a 1,5 quilômetros, resultando em deposição de filmede 0,5 mícrons de espessura em uma área superficial total de 10, 20000 cm .Os filmes formados são encontrados ter excelente adesão, acabamentosuperficial brilhante, alto grau de uniformidade, sem deixar quaisquer áreasnão revestidas, sem quaisquer defeitos superficiais. Em adição, os filmesdepositados foram encontrados ser decorativos, termicamente eletricamenteisolantes, quimicamente inertes, apresentaram capacidade de fácil limpezasuperficial, anti-aderência de poeira e ambientalmente não reativos.
Exemplo 2:
Nove números de carretéis de alumínio de grau elétrico, cadaum contendo arames de dimensões de 4 mm de diâmetro, 1000 metros (1quilometro) de comprimento, são conectados à saída do suprimento deenergia. A área superficial total em contato com o eletrólito é ajustada paraser aproximadamente 2260 cm2 e a corrente trifásica de 225 A é passadaatravés de cada tela e mantida constante através de todo o processo. A áreasuperficial da tela em contato é ajustada ajustando a localização e tambémcolocando um número maior de barras de náilon. Para evitar os movimentoslaterais, o arame é passado através de guias não metálicas individuais presasàs barras de náilon, de modo que qualquer possibilidade de curto circuitoelétrico é completamente eliminada. O eletrólito que contém hidróxido depotássio e tetra silicato de sódio na relação de 2:1 (4 g/l de hidróxido depotássio e 2 g/l de tetra silicato de sódio) misturados em água deionizada écirculado através da câmara de reação através de todo o processo. A vazão deeletrólito de 1200 l/min é mantida através de todo o processo. A rotação doacionador é ajustada em 550 revoluções por minuto, de modo que umavelocidade linear de 2,7 m/min é mantida constante através de todo oprocesso. O processo é continuado por uma duração total de 6 horas pararevestir uma folha de comprimento total igual a 9 quilômetros. A espessuramédia do filme é encontrada ser 1,0 micron. Os filmes formados sãoencontrados ter excelente adesão, acabamento superficial brilhante, alto graude uniformidade sem deixar quaisquer áreas não revestidas, sem quaisquerdefeitos superficiais. Em adição, os filmes depositados foram encontrados serdecorativos, termicamente e eletricamente isolantes, quimicamente inertes,apresentaram capacidade de fácil limpeza superficial, anti-aderência a poeirae ambientalmente não reativos.
Exemplo 3:
Três chapas de liga de alumínio tendo 136 mm de largura e 0,2mm de espessura foram submetidas a um processo similar ao descrito noExemplo 1. A área superficial da tela em contato é ajustada ajustando alocalização das barras de náilon. Eletrólito que contém hidróxido de potássioe tetra silicato de sódio na relação de 2:1 (4 g/l de hidróxido de potássio e 2g/l de tetra silicato de sódio) misturados em água deionizada é circuladoatravés da câmara de reação através de todo o processo. A vazão de eletrólitode 250 l/min é mantida através de todo o processo. A rotação do acionador éajustada em 550 revoluções por minuto, de modo que uma velocidade linearde 0,22 m/min é mantida constante através de todo o processo. O processo écontinuado por uma duração total de 3 horas e 50 minutos para revestimentototal de uma folha de comprimento igual a 1,5 quilômetros, resultando emdeposição de um filme de 5 mícrons de espessura sobre uma área superficialtotal de 10 20.000 cm2. A corrente aplicada, a vazão de eletrólito e o tempo detratamento foram calculados de acordo e os filmes de 5 mícrons de espessuraforam depositados com sucesso. Os filmes foram encontrados ser uniformes,homogêneos, ambientalmente não reativos, eletricamente e termicamenteisolantes. Ainda mais, os filmes formados também apresentaram boaresistência a arranhão.
E evidente para alguém razoavelmente versado na técnica quemodificações e mudanças podem ser feitas dentro do espírito e escopo dapresente invenção. Consequentemente, tais modificações e mudanças tambémestão cobertas no escopo da presente invenção.
Vantagens da invenção
1. Os filmes obtidos pelo processo que utiliza o aparelho dapresente invenção são uniformes, apresentam superfície brilhante e bemligada ao substrato.2. As chapas, folhas e arames preparados pelo processo queutiliza um aparelho da presente invenção podem ser utilizadas diretamentepara aplicações decorativa, automobilística, espacial, de corrosão leve, deanti- adesão de poeira, de acabamento brilhante/fosco, de isolamento eaplicações resistentes a produtos químicos leves.
3. O processo que utiliza o aparelho descrito permite aformação contínua de revestimento sem parar de maneira intermediária oprocesso na tela de diversos quilômetros de comprimento.
4. O processo que utiliza o aparelho divulgado na presenteinvenção permite a formação em velocidade rápida de filmes finos sobrechapas, folhas e arames.
5. O custo global de deposição de filme sobre a tela oferecidopela presente invenção é desprezivelmente baixo comparado aosrevestimentos produzidos pelos processos até aqui conhecidos.
6. A tela em larguras e espessuras amplamente diferentes nocaso de chapas e folhas ou com diferentes diâmetros no caso de arames, podeser tratada sem quaisquer mudanças de projeto no aparelho divulgado napresente invenção.
Deve ser observado que a presente invenção é mais suscetívelde modificações, adaptações e mudanças por aqueles versados na técnica.Tais modalidades variadas que empregam os conceitos e aspectos destainvenção são projetados para estarem dentro do escopo da presente invençãoque é ainda descrita sob as reivindicações a seguir.
Claims (5)
1. Aparelho para formar de maneira contínua revestimentoscerâmicos finos sobre chapas metálicas, folhas ou arames, daqui em diantereferidos de maneira coletiva como "tela metálica", caracterizado pelo fato decompreender uma câmara de reação (1) constituída de um tanque de aço docerevestida em ambos, dentro e fora, com plástico reforçado por fibra (FRP)para segurança aprimorada e para evitar qualquer vazamento de energiaelétrica, a câmara de reação (1) sendo capaz de conter uma solução eletrolíticaalcalina (2) que compreende hidróxido de potássio, tetra-silicato de sódio emágua deionizada ou destilada, a câmara de reação (1) sendo dotada de chapasde náilon perfuradas (3), as chapas presas uma à outra em cada canto e sendofixadas de maneira removível e colocadas ao longo das paredes longitudinaisda câmara de reação (1), a chapa de náilon (3) sendo também dotadas de trêsguias de barra de náilon (4) bem como três hastes de cobre (5) que sãocapazes de girar hastes (5) que são capazes de girar livremente, cada uma dashastes de cobre (5) tendo uma geometria circular e sendo conectadaseparadamente às fases R, Y e B de suprimento de energia por meio degrampos de cobre de alta condutividade (8) que têm geometria internacircular, cada fase (fases R, Y e B) sendo dotada de dois tiristores conectadosem paralelo costas com costas (6), as saídas dos tiristores (6) sendoconectadas a cada uma das hastes de cobre (5) utilizando três transformadorasde corrente (CTs) (7), três hastes de náilon coletoras (9), cada uma das quais écapaz de girar por meio do dispositivo de acionamento (10) fornecido paracoletar a tela metálica depois de ser revestida, sendo presas à porção esquerdasuperior da chapa de náilon (3), a câmara (1) também tendo uma entrada (11)para o eletrólito fornecida no fundo da câmara de reação (1) e duas saídas (12)para o eletrólito fornecidas no lado oposto em relação ao lado da entrada notopo da câmara de reação (1).
2. Processo para formar revestimentos sobre chapas metálicas,folhas, ou arames, daqui em diante referidos de maneira coletiva como "telametálica", caracterizado pelo fato de compreender imergir, no mínimo trêstelas metálicas selecionadas dentre o grupo de metais reativos sobre as quaisrevestimentos devem ser efetuados, em uma solução eletrolítica alcalina quetem um pH >12 e condutividade > 2 mili mhos, que compreende hidróxido depotássio, tetra-silicato de sódio, em água deionizada ou destilada contida nacâmara de reação (1) do dispositivo como definido acima, passar correntealternada multifásica em onda através de dita tela por meio de tiristoresconectados paralelamente costas com costas por um período baseado naespessura dos revestimentos desejada ser alcançada, aumentar lentamente acorrente que está sendo suprida para dita tela até que a densidade de correnterequerida seja alcançada, o escoamento do eletrólito sendo na direçãoperpendicular à direção da tela metálica que se move de tal maneira que oescoamento transversal é alcançado para dissipação de calor efetiva na câmarade reação, manter a corrente no mesmo nível através de todo o processo, opotencial elétrico sendo ainda aumentado gradualmente para compensar aresistência crescente no revestimento quando a formação de arco visível nasuperfície das regiões imersas de dita tela é observada, regular a composiçãodo eletrólito medindo seu pH e condutividade durante o processo por meio demétodos convencionais, manter a temperatura do eletrólito entre a faixa de 40C centígrados até 50 0C e manter o eletrólito em circulação contínua atravésde todo o processo, a tela revestida sendo removida retirando as chapas denáilon perfuradas da câmara de reação.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2 caracterizadopelo fato de o eletrólito utilizado conter hidróxido de potássio e tetra silicatode sódio na relação de 2:1.
4. Aparelho para formar de maneira contínua revestimentoscerâmicos finos sobre chapas metálicas, folhas ou arames, daqui em diantereferidos coletivamente como "tela metálica", caracterizado pelo fato de sersubstancialmente como aqui descrito com referência à figura D mostrada nodesenho que acompanha este relatório descritivo.
5. Processo para formar revestimentos sobre chapas metálicas,folhas, ou arames, daqui em diante referidos de maneira coletiva como "telametálica", caracterizado pelo fato de ser substancialmente como aqui descritocom referência aos exemplos.
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