BRPI0910012B1

BRPI0910012B1 - Artigo e processo de fabricação de um artigo

Info

Publication number: BRPI0910012B1
Application number: BRPI0910012-1A
Authority: BR
Inventors: Fabrice Parent; Arnaud Hory; Jean-Luc Perillon; Laurent Voisin; Quentin Joly
Original assignee: Seb Sa
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2019-03-26
Also published as: BRPI0910012A2; WO2010012944A3; CN102083621B; ES2377282T3; WO2010012944A2; FR2934591B1; FR2934591A1; ATE540140T1; EP2307590A2; CN102083621A; US20110198358A1; EP2307590B1

Abstract

artigo e processo de fabricação de um artigo a presente invenção trata de um artigo (1) que compreende um suporte metálico (2) com duas faces opostas (21, 22), das quais pelo menos uma é recoberta por um revestimento cerâmico (3) descontínuo. esse revestimento (3) apresenta um ponto de amolecimento superior à temperatura de fusão do suporte (2) e compreende pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 1-1m e que representa pelo menos 1% do peso do referido revestimento (3). a presente invenção trata igualmente de um processo de fabricação desse artigo (1).

Description

Campo da Invenção

A presente invenção trata, de modo geral, a um artigo que compreende um suporte metálico que compreende duas faces principais e pelo menos um revestimento cerâmico que recobre pelo menos uma dessas faces, bem como de um processo de fabricação desse artigo pelo qual o revestimento cerâmico é sinterizado por uma radiação laser.

Antecedentes da Invenção

De modo clássico, esses revestimentos são aplicados em forma de suspensão ou de barbotina aquosa que contém um pó refratário, e são depois sinterizados por um tratamento térmico (por exemplo, por cozimento em um forno), durante o qual os grãos do pó refratário se soldam entre si sob a ação do calor, o que leva à consolidação do revestimento.

No caso particular de um esmalte, a sinterização é geralmente obtida por um cozimento durante o qual ocorre a fusão do pó de esmalte, seguida de um resfriamento durante o qual a vitrificação do esmalte se realiza. Com esse processo de sinterização (ou seja, um processo que utiliza um cozimento em um forno), o sinterizado de esmalte deve ser aplicado sobre um suporte que seja capaz de suportar a temperatura de fusão do esmalte (ou mais exatamente de sua temperatura de amolecimento).

Ora, a sinterização realizada por uma via térmica de tipo cozimento em um forno não permite realizar um revestimento cerâmico, em particular do tipo esmalte, sobre um suporte cujo material constitutivo apresente uma temperatura de fusão inferior à do ponto de amolecimento do revestimento cerâmico, pois isso levaria necessariamente à fusão do suporte.

Além disso, a sinterização, quando é realizada em um forno, apresenta o inconveniente de um consumo muito elevado de energia.

Para corrigir esses inconvenientes, é conhecido do técnico no assunto o uso de um laser para realizar a sinterização de um revestimento cerâmico de tipo vítreo, tal como uma glazura ou um esmalte.

Assim, por exemplo, a patente norte-americana US 3.663.793 descreve um processo para formar um sinal ou um motivo na superfície de um artigo, tal como um invólucro de lâmpada de vidro sodocálcico. Esse processo compreende uma etapa de cobertura de pelo menos uma parte da superfície do invólucro com um sinterizado vítreo pigmentado que contém, em particular, óxido de chumbo e se apresenta em forma de uma barbotina ou de uma suspensão aquosa, seguida de uma etapa de secagem ao ar para formar uma camada pulverulenta. Em seguida, o invólucro assim revestido é então simultaneamente submetido à ação da chama de um queimador e de um feixe laser. A ação da chama do queimador permite um cozimento da camada pulverulenta a uma temperatura da ordem de 700°C, durante a qual ela se transforma em um revestimento do tipo esmalte branco ou glazura.

Como a temperatura da chama está muito próxima do ponto de amolecimento do revestimento (695°C) e acima da temperatura inferior de recozimento (“strain point”) de 470°C do vidro sodocálcico constitutivo do invólucro, o esmalte branco (ou glazura) assim formado constitui um revestimento durável e tenaz que não se fratura quando é submetido à radiação laser. Se a chama do queimador for ajustada para ser redutora, o óxido de chumbo da glazura se transforma em chumbo sob a ação do feixe laser.

No processo da patente americana US 3.663.793, a sinterização da camada pulverulenta em esmalte branco ou glazura é realizada pela ação da chama de um queimador, e o feixe laser tem essencialmente o papel de reduzir o óxido de chumbo em chumbo de modo a formar o motivo na superfície da glazura.

Além disso, é conhecido através do pedido de patente japonês JP 2279574 um processo para decorar a superfície de uma parede que pode ser de tijolo, de cimento, de aço ou de alumínio. Esse processo compreende uma etapa de projeção com chama de um material vítreo sobre a superfície de uma parede para formar nela uma camada do revestimento vítreo, seguida de uma etapa de irradiação de certas áreas da superfície assim revestida por um feixe laser, para formar um filme de esmalte sobre o revestimento vítreo.

No processo de JP 2279574, a camada de esmalte sobre o revestimento vítreo é de fato constituída pelo revestimento previamente vitrificado na projeção com a chama, em cuja superfície a ação do laser se manifesta pela transformação de certos compostos do revestimento, criando assim no nível das áreas irradiadas uma camada decorativa de natureza superficial diferente do revestimento vítreo. Da mesma forma que anteriormente para o processo da patente americana US 3.663.793, o uso do laser no processo de JP 2279574 não serve para sinterizar a composição vítrea, mas unicamente para criar o motivo de decoração.

É conhecido através do pedido de patente francês FR 2575422 um processo de decoração, de marcação e de gravação a laser de objetos que possuem superfícies esmaltadas. Esse processo compreende uma etapa prévia de mistura a um esmalte de produtos geradores de perturbação que se dissociam localmente e por ação ótica (por exemplo, óxidos de titânio, de estanho, de cério ou de antimônio), seguida de uma etapa de ação ótica sobre o esmalte por meio de um feixe laser, por exemplo, um laser CO2 ou um laser de tipo YAG. De acordo com o conteúdo do pedido de patente francês FR 2575472, a ação ótica por via laser é realizada seja sobre uma camada de esmalte previamente cozida por via térmica e a decoração está então ligada à dissociação do ou dos produto(s) gerador(es) de perturbações nas partes irradiadas, seja sobre uma camada de esmalte não cozida, mas que recobre uma camada de esmalte realizada pelos processos habituais (ou seja, geralmente por cozimento em um forno). Esse pedido de patente francês FR

2575422 não propõe, portanto, um objeto que apresenta superfícies esmaltadas por via laser.

O pedido internacional WO 99/16625 descreve um método de marcação por ativação térmica de um suporte, em particular de aço inoxidável ou de alumínio. Esse método baseia-se na irradiação por um laser de uma camada uniforme e contínua de um material de marcação adaptado ao substrato (em particular, do tipo sinterizado de vidro ou de esmalte), e esse material de marcação contém um concentrado que absorve a energia de uma radiação laser para criar uma ligação sobre o substrato. Em WO 99/16625, o sinterizado de vidro ou de esmalte não se apresenta em forma de barbotina aquosa, mas oleosa, que tem, portanto, tendência ao espalhamento. Não é, portanto, possível formar antes da sinterização um revestimento descontínuo. Além disso, a sinterização dessa barbotina tem tendência de produzir fuligem, cuja presença na superfície do substrato poderia atrapalhar a aderência do revestimento a ser formado. Finalmente, a porção de material de marcação que é irradiada pela radiação laser é igualmente contínua, o que faz com que o substrato não possa sofrer uma deformação após a irradiação. Além disso, visto que o sinterizado de esmalte ou de vidro é formulado em forma de uma barbotina oleosa, isso traz como conseqüência uma carbonização do óleo durante a sinterização. Ora, essa carbonização do óleo consome uma parte considerável da energia trazida pelo laser, que é superior a que é necessária para a evaporação da água. O rendimento energético do laser fica, portanto, diminuído com isso.

Descrição da Invenção

A presente invenção tem por finalidade corrigir a totalidade ou parte desses inconvenientes, pela formação de um revestimento cerâmico ou metálico descontínuo sinterizado por via laser, que se apresenta em forma de uma dispersão superficial de gotas solidificadas de material cerâmico ou metálico sobre um substrato, com uma densidade menor; e mesmo quase nula, no nível das partes do substrato destinadas a sofrer uma deformação, em particular do tipo estampagem. A sinterização por via laser desse revestimento permite, de um lado, evitar a limitação imposta ao suporte, que pode, portanto, ser constituído de um material de baixo ponto de fusão, ao passo que o revestimento poderá ser de um material com um ponto de fusão ou de amolecimento elevado e, de outro lado, depositar esse revestimento sem que isso gere um aporte excessivo de energia.

A fim de tender para isso, a presente invenção propõe um artigo que compreende um suporte metálico que compreende duas faces opostas, e um revestimento cerâmico ou metálico que recobre pelo menos uma das faces do referido suporte, e o referido revestimento cerâmico ou metálico apresenta um ponto de amolecimento que é superior à temperatura de fusão do suporte, e compreende pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, que representa pelo menos 1% do peso do referido revestimento, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento cerâmico ou metálico é uma camada descontínua que apresenta uma rugosidade de superfície Ra compreendida entre 2 pm e 10 pm e uma espessura compreendida entre 5 e 30 pm.

Por camada descontínua entende-se, no sentido da presente invenção, uma dispersão superficial de gotas solidificadas de material cerâmico ou metálico, e essas gotas apresentam um tamanho médio entre 1 e 40 pm, e estão distribuídas de modo homogêneo na superfície da face revestida com uma taxa de cobertura dessa superfície compreendida entre 30 e 80%.

Por dispersão superficial de gotas solidificadas de material cerâmico ou metálico entende-se, no sentido da presente invenção, uma camada de material cerâmico ou metálico que se apresenta no estado dividido sobre um suporte (no caso, o suporte de um artigo culinário), de modo que a rugosidade dessa camada é criada pelas gotas solidificadas de material cerâmico ou metálico.

Por taxa de cobertura do suporte entende-se, no sentido da presente invenção, a relação, expressa em porcentagens, da superfície do suporte efetivamente coberta pela dispersão superficial de gotas solidificadas sobre a superfície total do suporte que pode ser coberta.

Por material cerâmico entende-se, no sentido da presente invenção, todo material inorgânico, essencialmente não metálico.

Por essencialmente não metálico entende-se, no sentido da presente invenção, que o material apresenta uma rede inorgânica, na qual podem se encontrar, em uma quantidade muito pequena, elementos metálicos tais como o alumínio, o ferro, o titânio, o lítio, o sódio, o potássio, o cálcio.

São considerados materiais cerâmicos no sentido da presente invenção:

- materiais inorgânicos não metálicos do tipo não-óxidos, tais como os nitretos, os borotos, e os carbonetos (em particular, o carboneto de silício);

- materiais inorgânicos não metálicos do tipo óxidos, tais como os óxidos de alumínio (AI₂O₃), de titânio (TiO₂), de zircônio, de silício;

- materiais inorgânicos não metálicos compósitos, que são compósitos dos materiais inorgânicos precitados do tipo óxidos e do tipo nãoóxidos; e

- materiais naturais, tais como a grafita, aluminossilicatos, os zirconatos etc.

Como os materiais cerâmicos são materiais refratários que possuem composições e estruturas heterogêneas, eles não apresentam, portanto, um ponto de fusão uniforme. Para esses materiais, a refratariedade é geralmente definida pelo ponto de amolecimento.

Por ponto ou temperatura de amolecimento de um material refratário entende-se, no sentido da presente invenção, a temperatura na qual o material amolece ou começa a amolecer e atinge uma certa consistência em condições normalizadas.

Por material metálico entende-se, no sentido da presente invenção, todo metal ou liga metálica apta a absorver a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm.

Como materiais metálicos utilizáveis na presente invenção para constituir a camada descontínua, podem ser citados em particular os aços inoxidáveis (de grau alimentício, e de preferência os aços inoxidáveis 304 e 309), o titânio e o níquel.

Para que a sinterização do revestimento cerâmico ou metálico do artigo de acordo com a presente invenção possa ser realizada por uma radiação laser, é preciso que o revestimento compreenda um elemento que absorva a radiação emitida pelo laser que trabalha a um dado comprimento de onda.

Por elemento absorvedor entende-se, de modo geral, uma substância empregada para absorver a energia de um tipo dado de radiação.

Por elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda dado entende-se, no sentido da presente invenção, uma substância empregada para absorver a energia de uma radiação laser emitida por um laser que emite a esse comprimento de onda.

Na presente invenção, é utilizado vantajosamente um laser que trabalha a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, como, por exemplo, um laser linha que emite um comprimento de onda de 980 nm, ou um laser fibra e que emite um comprimento de onda de 1064 nm.

Como elementos que absorvem a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm são suscetíveis de serem utilizados na camada da presente invenção, é aconselhado um elemento absorvente escolhido entre os aços inoxidáveis (de preferência os que são autorizados para uso alimentício), os óxidos metálicos, em particular entre os óxidos de alumínio (ΑΙ2Ο3), de titânio (T1O2), os óxidos de ferro, os óxidos mistos de cobre, ferro, e manganês, o carboneto de silício, o carboneto de tungstênio e a grafita.

Assim, no caso de um revestimento metálico, no sentido da presente invenção, este é por natureza constituído de um material que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, e não é portanto, preciso adicionar um elemento que absorve a radiação laser adicional na suspensão aquosa de pó metálico que é aplicado sobre o suporte a fim de formar 0 revestimento.

O mesmo ocorre no caso de um revestimento cerâmico constituído, por exemplo, de alumina ou de titânio, que são igualmente materiais que absorvem a radiação laser a um comprimento de onda de 1 pm.

Em compensação, se o revestimento for realizado em um material inorgânico obtido por fusão de um sinterizado de esmalte, por exemplo, é preciso adicionar pelo menos 1 % em peso em relação ao peso do sinterizado de pelo menos um elemento que absorva a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm na suspensão aquosa do sinterizado de esmalte (ou barbotina) que é aplicado sobre o suporte. De fato, mesmo que um sinterizado de esmalte comporte, em sua composição (que é a obtida após uma passagem para o estado fundido) alumina, ela não absorve mais a radiação laser. De fato, a alumina que entra na composição do sinterizado de esmalte não está mais na forma AI2O3: ela está incluída em uma rede inorgânica, isto é, ligada a outros elementos diferentes dos elementos alumínio (Al) e oxigênio (O).

Como elementos que absorvem a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, é também possível utilizar na presente invenção substâncias colorantes orgânicas (absorvedores orgânicos, como, por exemplo, os corantes boratos orgânicos desenvolvidos pela Exciton), ou pigmentos minerais, tais como os óxidos de cobalto, de cromo, e em particular os pigmentos minerais dos pigmentos à base de CoCrFeNi, ZrSiCoNi, CoAI.

De acordo com um modo de realização particularmente vantajoso da presente invenção, o revestimento cerâmico é um revestimento que compreende esmalte, cuja composição é adaptada à natureza do suporte, em particular um “esmalte para alumínio”, um “esmalte para vidro”, um “esmalte para chapa de aço” (de preferência de aço inoxidável), ou um “esmalte para cerâmica”.

Por “esmalte para alumínio” entende-se, no sentido da presente invenção, um esmalte com um ponto baixo de amolecimento (inferior a 600°C).

Por “esmalte para vidro” entende-se, no sentido da presente invenção, um esmalte com um ponto de amolecimento compreendido entre 600 e 650°C.

Por “esmalte para chapa de aço” (de preferência inoxidável) entende-se, no sentido da presente invenção, um esmalte com um ponto de amolecimento próximo de 800°C.

Por “esmalte para cerâmica” entende-se, no sentido da presente invenção, um esmalte com um ponto de amolecimento muito elevado (em particular superior a 900°C).

Qualquer que seja a natureza do esmalte que recobre o suporte, ele deve ser adaptado ao suporte em termos de coeficiente térmico.

Evidentemente, os parâmetros do laser (em particular o comprimento de onda e a potência) devem ser adaptados à natureza do esmalte utilizado. Por exemplo, a potência do feixe laser, a velocidade de varredura do feixe laser, o tempo do impulso, o período de trama são parâmetros a serem adaptados em função do esmalte e da quantidade de elementos que absorvem a radiação presentes na composição do esmalte: é preciso menos energia para os esmaltes com ponto baixo de fusão do que os esmaltes com ponto elevado de fusão.

Como exemplos de torques (potência laser /velocidade de varredura) que permitem realizar a sinterização, são aconselhados (4 a 5 KW, a 15m/s), (200 W, 2m/s) e (50 W, 400 a 500 mm/s).

De acordo com uma primeira variante desse modo de realização, o suporte é de alumínio ou de liga de alumínio. Para essa variante de realização, é possível utilizar um “esmalte para chapa de aço” cuja composição contém tipicamente:

SiO₂: > 55%,

B2O3: 10% aproximadamente,

Na₂O: 10% aproximadamente, l_i₂O: < 5%,

Óxidos de bário, cobalto, níquel, cobre, titânio, manganês: < 3% para cada um dos compostos, sendo que as porcentagens indicadas são porcentagens em peso.

A sinterização por via laser desse revestimento que compreende esmalte dá origem a um esmalte vitrificado que contém menos de 20% de elemento(s) fundente(s), ao passo que a sinterização por uma via mais clássica, tal como o cozimento em um forno, conduz a um material com fundente(s) bem superior, da ordem de 35%.

Por elemento fundente ou fundente entende-se, no sentido da presente invenção, toda substância presente na composição do esmalte e que, mesmo em quantidade mínima, abaixa a temperatura de amolecimento do material cerâmico.

Como elemento fundente utilizável em um revestimento de esmalte de acordo com a presente invenção, é aconselhado os alcalinos e os alcalino-terrosos ou, mais particularmente, o óxido de sódio, o óxido de potássio, o óxido de boro, o óxido de bismuto, e 0 óxido de vanádio.

Como ligas de alumínio suscetíveis de serem utilizadas para realizar o suporte do artigo de acordo com a presente invenção, são aconselhadas as ligas de alumínio esmaltáveis fracamente ligadas e as ligas de ligas de alumínio de fundição.

Em particular, como ligas de alumínio esmaltáveis fracamente ligadas suscetíveis, são aconselhados:

- os alumínios “puros” com 99% de alumínio da série 1000 e, por exemplo, as ligas 1050, 1100, 1200 e 1350,

- as ligas de alumínio e de manganês da série 3000 e, por exemplo, as ligas 3003, 3004, 3105 e 3005, as ligas de alumínio e de silício da série 4000, e, por exemplo, as ligas 4006 e 4007;

- as ligas de alumínio e de magnésio da série 5000 e, por exemplo, as ligas 5005, 5050 e 5052, e 5754;

- as ligas de alumínio, silício e magnésio da série 6000 e, por exemplo, as ligas 6053, 6060, 6063, 6101 e 6951, e

- as ligas de alumínio, ferro, silício da série 8000 e, por exemplo, a liga 8128.

Como ligas de alumínio de fundição suscetíveis de ser utilizadas para realizar o suporte do artigo de acordo com a presente invenção, é possível utilizar qualquer tipo de liga de alumínio silício AS e, em particular, ligas de alumínio-silício que são habitualmente produzidas em uma esmaltação, pois apresentam uma temperatura de fusão próxima e de preferência inferior ao ponto de amolecimento dos esmaltes. São mais particularmente aconselhadas as ligas alumínio-silício AS, e de preferência as ligas alumínio-silício de tipo AS7 a AS 12, ou seja, as ligas AS que contêm de 7 a 12% de silício de acordo com a antiga norma francesa NF AS 02-004.

De acordo com uma segunda variante desse modo de realização da presente invenção no qual o revestimento cerâmico é um revestimento que compreende esmalte, o suporte é de aço inoxidável. Para esse modo de realização, o revestimento de esmalte pode ser um esmalte clássico, tal como “esmalte para chapa de aço”, de preferência inoxidável, de composição ponderai:

SiO₂: > 55%,

B2O3: 10% aproximadamente,

Na₂O: 10% aproximadamente,

Li₂O: < 5%,

Óxidos de bário, cobalto, níquel, cobre, titânio, manganês: < 3% para cada um dos compostos

É também possível utilizar um “esmalte inox”, mas é possível utilizar um esmalte para “cerâmica de composição”:

SiO₂: > 65%

B₂O₃: > 10%

Na₂O: < 10%

K₂O: < 10%

ZrO₂: < 5% sendo que as porcentagens indicadas são porcentagens em peso.

Nesse modo de realização vantajoso da presente invenção, em que 0 revestimento cerâmico é um revestimento de esmalte, o artigo pode igualmente compreender, além do revestimento de esmalte que recobre pelo menos uma das faces principais do suporte, um revestimento antiadesivo que comporta pelo menos uma camada que compreende pelo menos uma resina fluorocarbonada, sozinha ou em mistura com uma resina de fixação termoestável resistente a pelo menos 200°C, e essa resina de fixação forma após sinterização uma rede contínua sinterizada.

Como resina fluorocarbonada utilizável no revestimento antiadesivo de acordo com a presente invenção, são aconselhados o poli-tetrafluoroetileno (PTFE), 0 copolímero de tetra-fluoroetileno e de perfluoropropilviniléter (PFA), o copolímero de tetrafluoroetileno e de hexa- fluoropropileno (FEP), e suas misturas (em particular uma mistura de PTFE e de PFA).

Como resina de fixação utilizável no revestimento antiadesivo de acordo com a presente invenção, são aconselhados as poliamidas imidas (PAI), os poliéteres imidas (PEI), as poli-imidas (Pl), as polietercetonas (PEK), as polieteretercetonas (PEEK), as polietersulfonas (PES) e os sulfetos de polifenileno (PPS) e suas combinações.

De modo preferido, o revestimento antiadesivo que recobre a base dura de esmalte compreende uma camada de primer de fixação e pelo menos uma camada de acabamento, e pelo menos uma das camadas de acabamento define uma camada de superfície, sendo que a camada de primer e a ou as camada (s) de acabamento compreendem cada uma pelo menos uma resina fluorocarbonada sinterizada, sozinha ou em mistura com uma resina de fixação termoestável e resistente a pelo menos 200°C, que forma(m) uma rede contínua sinterizada de resina fluorocarbonada, e se for o caso, de resina de fixação.

A camada de primer pode ainda compreender vantajosamente cargas minerais ou orgânicas e/ou pigmentos.

Como cargas utilizáveis na composição de primer do artigo de acordo com a presente invenção, podem ser citadas em particular a sílica coloidal, as lâminas de mica recoberta de Ti02, a alumina, o córindon, o quartzo e suas misturas.

O revestimento antiadesivo em particular no nível do primer pode compreender um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda de 10,6 pm.

Como exemplo de elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda de 10,6 pm são aconselhados os óxidos metálicos, em particular os óxidos de ferro.

Todavia, como o revestimento antiadesivo é realizado sobre o revestimento cerâmico que compreende esmalte, a sinterização desse revestimento pode vantajosamente ser realizada por via laser mesmo que esse revestimento não comporte um elemento que absorva a radiação laser a um comprimento de onda de 10,6 pm.

Nessa configuração, a radiação laser atravessa o revestimento antiadesivo e é absorvido pelo revestimento cerâmico subjacente, que o aquece por condução térmica.

De fato, nessa configuração, é vantajoso que o revestimento antiadesivo compreenda cargas que permitam facilitar a condução térmica no interior do revestimento antiadesivo, e mais particularmente através do primer de fixação. De modo geral, é menos desejável introduzir essas cargas na camada superficial, pois elas provocariam a diminuição do caráter antiadesivo do revestimento.

Podem ser considerados diferentes tipos de artigos de acordo a presente invenção. Por exemplo, no campo culinário, podem ser considerados discos planos destinados a serem estampados para apresentarem a forma final de um artigo culinário, ou artigos culinários como tais, destinados ou não ao cozimento de alimentos e nos quais a primeira das faces opostas é uma face interna côncava destinada a ser colocada do lado de alimentos suscetíveis de serem introduzidos no artigo, e uma segunda das faces opostas é uma face externa convexa destinada a ser colocada do lado de uma fonte de calor.

Por disco plano entende-se, no sentido da presente invenção, uma peça cheia e redonda metálica, comercialmente chata recortada em uma chapa ou uma tira.

Podem igualmente ser utilizados outros tipos de suportes planos, cujo formato é adaptado ao artigo culinário que se deseja realizar (em particular de formato elíptico, retangular ou quadrado).

Como exemplos não limitativos de artigos culinários de acordo com a presente invenção, serão citados em particular artigos culinários tais como panelas e frigideiras, woks e sauteuses, panquequeiras, grills, fôrmas e placas para pâtisserie, placas e grelhas de churrasco.

Podem ser considerados outros tipos de suportes que não se limitam apenas ao campo culinário. Assim, podem igualmente ser considerados como artigos de acordo com a presente invenção artigos eletrodomésticos, ou ainda componentes de matéria plástica para automóveis ou frascos.

A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de um artigo, que compreende as seguintes etapas sucessivas:

- uma etapa de fornecimento de um suporte metálico que compreende duas faces opostas, e

- uma etapa de aplicação de uma composição cerâmica ou metálica sobre pelo menos uma das referidas faces do referido suporte para formar uma camada não sinterizada, em que composição cerâmica ou metálica compreende um pó cerâmico ou metálico e pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, que representa pelo menos 1 % do peso do referido pó;

- uma etapa de sinterização por uma radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm e que irradia pelo menos parcialmente a referida camada descontínua;

em que o processo se caracteriza pelo fato de que:

- a composição cerâmica ou metálica é uma dispersão aquosa; e

- pelo menos uma das etapas de aplicação da composição aquosa e de sinterização da camada não sinterizada é realizada de modo a formar um revestimento cerâmico ou metálico descontínuo.

De preferência, o pó cerâmico ou metálico está presente na composição cerâmica ou metálica à razão de 45% a 75% em peso do peso total da referida composição.

Esse processo apresenta a vantagem de limitar nitidamente o consumo energia geralmente necessário para a sinterização de um revestimento cerâmico, em particular do tipo esmalte, reduzindo-o em um fator

100 em relação a uma sinterização por via térmica.

Além disso, com esse processo, é possível realizar a sinterização do revestimento cerâmico sobre um suporte que não possui necessariamente a forma final do artigo, por exemplo, um suporte plano, tal como um disco, que se destina a ser estampado para lhe conferir a forma final do artigo: cada gota de material cerâmico ou metálico é unitária com uma aderência suficientemente forte sobre o suporte para que ele possa sofrer ligeiras deformações sem que a camada descontínua descole dele.

De acordo com um primeiro modo de realização do processo de presente invenção, a etapa de sinterização da composição cerâmica ou metálica é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura contínua (em forma de linhas com uma espessura e um intervalo entre as linhas definidos) pelo menos uma parte da face revestida da composição cerâmica.

De acordo com um segundo modo de realização do processo de presente invenção, a etapa de sinterização da composição cerâmica é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura descontínua (em forma de spots de diâmetro e de intervalo definidos) pelo menos uma parte da face revestida da composição cerâmica.

Breve Descrição dos Desenhos

Outras vantagens e particularidades da presente invenção resultarão da descrição a seguir, dada a título de exemplo não limitativo e feita em relação às figuras anexas:

- a figura 1 representa uma vista esquemática em corte de um artigo culinário segundo a presente invenção de acordo com uma primeira variante de realização,

- a figura 2 representa uma vista esquemática em corte de um artigo culinário segundo a presente invenção de acordo com uma segunda variante de realização, e

- a figura 3 representa uma vista esquemática em corte de um artigo culinário segundo a presente invenção de acordo com uma terceira variante de realização.

Os elementos idênticos representados nas figuras 1 a 3 são identificados por referências numéricas idênticas.

Descrição de Realizações Particulares

Nas figuras 1 a 3, foi representada como exemplo de artigo culinário de acordo com a presente invenção, uma frigideira 1 que compreende um suporte metálico 2 que se apresenta em forma de calota oca munida de um cabo de preensão 5, e a calota compreende um fundo 1 e uma parede lateral que se eleva a partir do fundo 1. O suporte 2 compreende uma face interna 21 que é a face orientada do lado dos alimentos suscetíveis de serem recebidos na frigideira 1, e uma face externa 22 que se destina a estar disposta em direção a uma fonte de calor externa.

A face interna 21 é revestida sucessivamente, a partir do suporte 2, de um revestimento 3 cerâmico ou metálico e de um revestimento antiadesivo 4 que compreende sucessivamente a partir da base dura 3, uma camada de primer 41 de fixação e duas camadas de acabamento 42, 43. O revestimento 3 constitui assim uma base dura para o revestimento antiadesivo 4 que a cobre.

O revestimento cerâmico ou metálico 3 que recobre a face interna 21 do suporte 2 é uma camada descontínua, que apresenta uma rugosidade de superfície Ra compreendida entre 2 pm e 10 pm e uma espessura compreendida entre 5 e 30 pm, de preferência entre 5 pm e 15 pm. Essa camada descontínua 3 compreende na verdade uma dispersão superficial de gotas de material cerâmico ou metálico 31 que estão solidificadas e apresentam um tamanho médio entre 1 pm e 40 pm.

Em uma primeira variante de artigo culinário de acordo com a presente invenção ilustrada na figura 1, as gotas solidificadas estão distribuídas de modo homogêneo sobre toda a superfície da face interna 21, com uma taxa de cobertura da face interna 21 compreendido entre 30 e 80%.

Em uma segunda variante de artigo culinário de acordo com a presente invenção representada na figura 2, a dispersão superficial de gotas 31 solidificadas, que recobre a face interna 21 do suporte 2 para constituir o revestimento cerâmico 3, não é uniforme. Nessa primeira variante, a densidade de gotas de esmalte é máxima no nível da parte central do fundo 12 da frigideira 1, e diminui em direção à parede lateral 11.

Uma terceira variante de artigo culinário de acordo com a presente invenção apresenta igualmente uma dispersão superficial de gotas de material cerâmico ou metálico 31, que estão solidificadas e recobrem a face interna 21 do suporte 2. Essa dispersão também não é uniforme. Nessa variante, a densidade de gotas solidificadas 31 é nula no nível da área 13 de junção entre o fundo 11 e a parede lateral 12 da frigideira (que corresponde à parte do artigo que é submetida à modelagem, em particular por estampagem), e a densidade de gotas solidificadas 31 é máxima no nível da parte central do fundo 12 e da parede lateral, que são partes da frigideira que não sofrem qualquer deformação durante a modelagem, em particular por estampagem.

Nessas variantes de realização representadas nas figuras 1 a 3, as gotas de material cerâmico ou metálico 31, que estão dispersas na superfície da face interna 2, estão imersas na camada de primer 41 do revestimento antiadesivo 4, de modo a permitir a fixação da camada de primer, de modo se obtém um reforço mecânico aumentado do revestimento antiadesivo 4, em particular em termos de dureza e de aderência à base dura 3 subjacente. As partículas de resina fluorcarbonada sinterizada e as cargas da camada de primer 41, ao penetrar entre as gotas 31 solidificadas de material cerâmico ou metálico depositadas na superfície da face interna 21, reforçam a aderência da camada de primer 41 sobre a base dura 3. Com isso, o reforço mecânico do revestimento antiadesivo 4 é aumentado ao mesmo tempo graças às cargas na camada de primer 41 e graças à dispersão de gotas solidificadas 31 da base dura 3 que desempenham um papel análogo ao de uma carga de reforço na área de interpenetração das duas camadas 3, 41.

Por outro lado, a figura 3 mostra que a face externa 22 do suporte pode ser vantajosamente revestida por um revestimento de esmalte 6 externo. A espessura desse revestimento 6 externo está classicamente compreendida entre 40 pm e 500 pm, em particular entre 40 pm e 100 pm para um suporte de liga de alumínio (fracamente ligado ou de alumínio fundido) entre 200 pm e 500 pm para um suporte em fonte (no sentido de uma liga de ferro e de carbono com mais de 21% de carbono) e finalmente entre 100 pm e 200 pm para um suporte de aço inoxidável.

A calota 2 metálica que serve de suporte é vantajosamente de alumínio ou de liga de alumínio, de liga de alumínio (ou liga de alumínio de fundição), de aço inoxidável, de ferro fundido (liga no sentido do sinal do termo, ou seja, um carbono com mais de 21% de carbono) ou de cobre.

São dados a seguir dois modos de realização para o processo de fabricação de um artigo culinário 1 segundo a presente invenção de acordo com a primeira variante de realização, que compreendem cada uma as seguintes etapas:

- uma etapa de fornecimento de um suporte metálico 2 que compreende duas faces opostas 21,22;

- uma etapa de aplicação sobre pelo menos uma das faces opostas 21, de uma composição cerâmica ou metálica 3a em forma de uma dispersão aquosa de um pó cerâmico ou metálico; e uma etapa de sinterização da composição cerâmica ou metálica 3a para formar a base dura contínua 3.

No primeiro modo de realização do processo de presente invenção, o suporte 2 apresenta a forma final de um artigo culinário, com uma face interna 21 côncava destinada a ser colocada do lado dos alimentos suscetíveis de serem introduzidos no referido artigo 1, e uma face externa 22 convexa destinada a ser colocada do lado de uma fonte de calor. Em outras palavras, a modelagem do artigo culinário é realizada previamente ao depósito de qualquer revestimento tanto interno quanto externo.

No segundo modo de realização do processo de presente invenção, a etapa de modelagem do suporte 2 é realizada após a etapa de realização do revestimento antiadesivo 4 sobre a base dura interna descontínua 3. É utilizado, portanto, um suporte plano, por exemplo, um disco, que será estampado apos a etapa de sinterização.

Para os dois modos de realização, a etapa de aplicação da composição cerâmica ou metálica 3a sobre pelo menos uma das faces 21 do suporte é antecedida por uma etapa de preparação de superfície.

Vantajosamente, a aplicação da composição cerâmica ou metálica 3a sobre a face interna 21 é antecedida por uma etapa de preparação de superfície que pode variar em função da natureza dos suportes:

- desengorduramento ácido para um suporte de aço;

- microareação para um suporte de aço inoxidável

- desengorduramento seguindo ou não de acetinação, escovação ou areação para um suporte de liga de alumínio, e grenalhagem para um suporte em fonte.

Para os dois modos de realização do processo de presente invenção, a composição aquosa 3a compreende 45% a 75% em peso de um pó de cerâmica ou metálico, com pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, que representa 1% em relação ao peso total do referido pó.

Como composição cerâmica ou metálica (3a) utilizável no processo de presente invenção, é possível utilizar uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte, ou uma suspensão aquosa de alumina, ou de dióxido de titânio, ou ainda uma suspensão aquosa de pó de aço inoxidável (de preferência adaptada a um uso alimentício) ou uma mistura desses diferentes compostos.

Para os dois modos de realização do processo de presente invenção, a etapa de sinterização é realizada por uma radiação laser que irradia pelo menos parcialmente a ou as face(s) 21, 22 revestida(s) pela composição refratária 3a a um comprimento de onda da ordem de 1 pm. A radiação laser confere a energia necessária para sinterizar as partes irradiadas revestidas pela referida composição refratária 3a e realizar o referido revestimento cerâmico 3.

Para a sinterização por via laser, é utilizado um laser fibra de tipo YAG que trabalha a uma potência de 50 Watts e emite a um comprimento de onda de 1064 nm, ou então um laser linha que trabalha a uma potência da ordem de 350 Watts e emite a um comprimento de onda de 980 nm. A potência do laser (fibra ou linha) deve ser adaptada à cadência de produção e pode eventualmente ultrapassar 50 W ou 350 W.

De acordo com uma primeira alternativa do processo de presente invenção, a composição cerâmica ou metálica 3a é aplicada de modo a formar uma camada não sinterizada 3 contínua e a etapa de sinterização é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura descontínua dessa camada não sinterizada 3.

De acordo com uma segunda alternativa do processo de presente invenção, a composição cerâmica ou metálica 3a é aplicada de modo a formar uma camada não sinterizada 3 descontínua e a etapa de sinterização é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura descontínua e/ou contínua a referida camada não sinterizada 3.

A varredura descontínua pode, por exemplo, ser realizada por um laser fibra de 4000 W com um spot de 800 pm, que descreve em modo automático uma trama definida previamente e que representa um número de pixels (em dpi, ou número de pontos de impactos laser) sobre a superfície dos discos. Isso permite não sinterizar as partes suscetíveis de serem deformadas durante a modelagem do suporte (em particular por estampagem).

No caso de uma varredura descontínua da radiação laser, ela é geralmente imediatamente seguida de uma etapa de eliminação das partículas não sinterizadas (não aderentes ao suporte), que pode ser realizada por insuflação, escovação, jatos de água, jatos de ar, banho de imersão, por varredura, por vibrações ou ultra-som.

Para os dois modos de realização do processo de presente invenção, a dispersão suspensão aquosa de pó cerâmico ou metálico ser aplicada sobre a face interna 21 do suporte 2 por pulverização pneumática com uma pressão de pulverização igual ou superior a 4 bars e a quantidade de esmalte depositada sobre a referida face interna 21 está compreendida entre 0,1 g/dm² e 3 g/dm².

Para os dois modos de realização do processo de presente invenção, o revestimento antiadesivo 4 sobre a camada de esmalte 3 é realizado por depósito de pelo menos uma camada de composição 4a à base de resina fluorocarbonada, seguida de uma etapa de sinterização para formar um revestimento antiadesivo 4 que se apresenta em forma de uma rede contínua sinterizada de resina fluorocarbonada, qualquer que seja a natureza da composição cerâmica (em particular uma suspensão aquosa de alumina ou de dióxido de titânio ou ainda uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte) ou metálico (em particular suspensão aquosa de pó de aço inoxidável).

A sinterização de revestimento antiadesivo 4 pode ser realizada termicamente em um forno, a uma temperatura compreendida entre 370°C e

430°C, ou então com um laser CO₂ cujo comprimento de onda é de 10,6 pm.

Esse comprimento de onda permite ter um tratamento térmico mais homogêneo.

Exemplos

Produtos

Lasers

- Laser fibra que trabalha a uma potência de 4 KW e emite um comprimento de onda de 1064 nm (exemplos 1, 6)

- Fonte: YAG-Nd

- Velocidade de varredura: entre 10 e 15 m/s

- Diâmetro do spot: entre 800 e 1200 pm

- Laser fibra que trabalha a uma potência de 5 KW e emite a um comprimento de onda de 1064 nm (exemplos 2, 7)

- Fonte: YAG-Nd

- Velocidade de varredura: entre 10 e 15 m/s

- Diâmetro do spot: entre 800 e 1200 pm

- Laser fibra que trabalha a uma potência de 50 W e emite a um comprimento de onda de 1064 nm (exemplos 3, 4, 5)

- Fonte: Itérbio

- Velocidade de varredura: entre 200 e 800 mm/s

- Vetorização: entre 10 e 100 pm

- Diâmetro do spot: 100 pm

Suportes

- discos de alumínio 8128 de 300 mm de diâmetro (exemplos 1, 2,

6, e 7), destinados a serem estampados para formar a calota de um artigo culinário,

- plaquetas quadradas de alumínio 4917 de 100 mm de lado (exemplos 3 a 5)

Composições de revestimento

Trata-se de suspensões aquosas de sinterizado de esmalte ou de pós de alumina, de dióxido de titânio ou de aço, cujas características são apresentadas a seguir:

- Sinterizado F1 de “esmalte para alumínio” de composição ponderai:

AI2O3: menos de 1

B2O3: menos de 1 %

BaO: menos de 1%

K₂O: de 5 a 20% l_i₂O: menos de 4%

Na₂O: 10 a 25%

P2O5: menos de 4%

SiO₂: 30 a 40%

TiO₂: 15 a 30% r

V₂O₅: menos de 10

- Sinterizado FC1 de “esmalte para alumínio” de composição ponderai:

AI2O3: menos de 1%;

B2O3: menos de 1%;

BaO: menos de 1%;

K₂O: 12%;

Li₂O: menos de 4%;

Na₂O: 18%;

P2O5: menos de 4%;

S iO₂: 35%;

TiO₂: 22%;

V2O5: menos de 10%.

- Sinterizado F2 de “esmalte para chapa aço” de composição ponderai:

SiO₂: > 55%,

B2O3: 10% aproximadamente,

Na₂O: 10% aproximadamente;

l_i₂O: < 5%,

Óxidos de bário, cobalto, níquel, cobre, titânio, manganês: < 3% para cada um dos compostos.

- Pó de alumina de granulometria d50<10 pm,

- Pó de dióxido de titânio de granulometria d50<5 pm,

- Pó de aço inoxidável 304 de granulometria d50<10 pm.

As porcentagens indicadas são todas porcentagens mássicas.

Absorvedores

- Óxido de ferro III (Fe₂C>3) ou óxido de ferro II (FeO)

Testes

Avaliação da resistência a abrasão

A resistência à abrasão do revestimento antiadesivo formado submetendo-o à ação de um tampão abrasivo de tipo SCOTCH BRITE (marca registrada) verde.

A resistência do revestimento à abrasão avaliada quantitativamente pelo número de passagens no tampão necessárias para criar o primeiro risco (que corresponde ao aparecimento do metal constitutivo do suporte).

Avaliação da antiaderencia

A antiaderência é medida em função da limpeza mais ou menos fácil do leite carbonizado. A escala de avaliação é a seguinte:

• 100: significa que a película de leite carbonizado é eliminada completamente por simples aplicação de um jato de água de torneira de cozinha;

• 50: significa que é preciso acrescentar movimentos circulares do objeto sob 0 jato de água para descolar completamente a película carbonizada;

• 25: significa que é preciso deixar imerso durante 10 minutos e eventualmente forçar a remoção passando uma esponja úmida para eliminar completamente a película;

• 0: significa que no fim do processo anterior, toda ou parte da película carbonizada permanece aderente.

Avaliação da aderencia do revestimento sinterizado sobre o suporte

A aderência do revestimento cerâmico ou metálico sinterizado sobre o suporte foi também avaliada. Para isso, foi efetuado um teste por quadriculação de acordo com a norma ISO 2409, seguido de uma imersão do artigo durante 9 horas (por 3 ciclos de três horas na água fervente). Em seguida, observou se o revestimento antiadesivo apresentou ou não um descolamento. A escala de avaliação é a seguinte:

• nenhum ladrilho deve estar descolado para obter uma avaliação de 100 (aderência excelente);

• em caso de descolamento o valor anotado é igual a 100 com subtração do número de ladrilho descolados.

Avaliação da resistência do revestimento sinterizado ao impacto

Para avaliar a resistência do revestimento sinterizado ao impacto, procede-se da seguinte maneira: a plaqueta é submetida à ação de um punção hemisférico de 20 mm de diâmetro, com um peso de 2 kg e sofre uma queda de 50 cm do lado do avesso. A face recoberta foi observada.

Em seguida, sobre a parte que sofreu o impacto, é aplicada firmemente uma fita adesiva que é arrancada violentamente e a fita é examinada ao microscópio ótico. A ausência de poeira indica uma excelente adesão da base dura sobre o suporte.

De um modo geral para aplicações culinárias é a face interna em contato com alimentos que deve ser tratada de acordo com o processo da presente invenção.

Nos exemplos, uma composição de revestimento de acordo com o processo de presente invenção é aplicada a uma das faces dos substratos. Após virar o suporte, a segunda face pode ser tratada do mesmo modo (ou seja, por sinterização por via laser), ou então ser tratada de modo tradicional (ou seja, por cozimento em um forno a uma temperatura da ordem de 560°C).

Exemplo 1

A PARTIR DE UMA BARBOTINA AQUOSA À BASE DE SINTERIZADO DE ESMALTE “Alumínio” com Absorvedor e Sinterização por Via Laser Modo operatorio

1. Um disco de alumínio de 300 mm de diâmetro é utilizado como suporte. Esse disco é desengordurado e depois escovado para obter uma rugosidade Ra de 1,5 pm.

2. Uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte é preparada a partir do sinterizado F1 de esmalte “alumínio” de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado, partes em peso de água, e parte em peso de absorvedor.

3. Em seguida, essa barbotina é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 5 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização é de 1,2°g.

4. Para a sinterização a laser do depósito esmaltado, é utilizado o laser fibra que trabalha a 4 KW e emite a um comprimento de onda de 1064 nm: a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem sinterizar as gotículas de esmalte para formar uma camada de esmalte descontínua.

5. O esmalte em excesso não sinterizado é eliminado por escovação e insuflação. O disco não se aqueceu de modo sensível, pois permanece manipulável com a mão nua.

6. Em seguida, uma camada de primer e de uma camada de acabamento à base de PTFE são aplicadas sucessivamente sobre cada uma das faces. A aplicação dessas camadas antiadesivas à base de PTFE pode ser feita por serigrafia ou por pulverização pneumática (do rolo).

7. A sinterização dessas camadas antiadesivas é feita por estufagem a 415°C durante 7 minutos.

8. Finalmente, o disco assim preparado é estampado para formar a calota de uma frigideira de acordo com a presente invenção, de modo que a face interna seja aquela que comporta uma base dura sob o revestimento antiadesivo.

Foi constatado que o revestimento interno (sobre a face interna) não apresenta fissuras visíveis.

Avaliação da resistência a abrasào

Os resultados do teste de abrasão mostram que após 20 000 passagens de “ida e volta” de um tampão abrasivo, o revestimento não apresenta riscos no metal.

Avaliação da aderencia do revestimento sinterizado sobre o suporte

A aderência medida pelo teste de quadriculação após imersão é excelente: não há ladrilhos arrancados.

Avaliação da antiaderencia (teste chamado “do leite queimado”)

A antiaderência avaliada pelo teste do leite queimado dá 50.

Exemplo Comparativo C1.1

A PARTIR DE UMA BARBOTINA AQUOSA À BASE DE SINTERIZADO DE ESMALTE “Alumínio” sem Absorvedor e Sinterização por Via Laser

Modo operatorio

1. Um disco de alumínio de 300 mm de diâmetro é utilizado como suporte. Esse disco é desengordurado e escovado para obter uma rugosidade Ra de 1,5 pm.

2. Uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte é preparada a partir do sinterizado FC1 de esmalte “alumínio” de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado, e partes em peso de água.

3. Em seguida, essa barbotina é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 5 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado é de 1,2 g antes da sinterização.

4. Para a sinterização a laser do depósito esmaltado, é utilizado o laser fibra que trabalha a 4 KW e emite a um comprimento de onda de 1064 nm: a radiação laser varre a totalidade da superfície.

Como o sinterizado não absorve a radiação não se constata um aquecimento da matéria, a base dura permanece na forma de um depósito de pó não aderente ao substrato metálico.

A ausência de um elemento absorvedor como tal não permite a realização da base dura. Por outro lado, nota-se que ο Τ1Θ2 embora presente na composição do sinterizado na proporção de 22% não confere a essa composição propriedades de absorção em relação à radiação laser.

Exemplo Comparativo C1.2

A Partir de uma Barbotina Aquosa à Base de Sinterizado de Esmalte “

Alumínio” e Sinterização por Estufagem a 560°C

Modo operatorio

100 partes em peso de sinterizado, e partes em peso de água.

3. Em seguida, essa barbotina é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 5 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização está compreendido entre 0, 6 e 0, 8 g.

4. A camada descontínua é estufada em um forno a 560°C durante 8 minutos para obter seu endurecimento.

5. Em seguida, uma camada de primer e de uma camada de acabamento à base de PTFE são aplicadas sucessivamente sobre cada uma das faces do suporte. A aplicação dessas camadas antiadesivas à base de PTFE pode ser feita por serigrafia ou por pulverização pneumática (do rolo).

6. A sinterização dessas camadas antiadesivas é feita por estufagem a 415°C durante 7 minutos.

7. Finalmente, o disco assim preparado é estampado para formar a calota de uma frigideira de acordo com a presente invenção, de modo que a face interna seja aquela que comporta uma base dura sob o revestimento antiadesivo.

O revestimento interno (face interna) não apresenta fissuras visíveis.

Avaliação da resistência a abrasão

Os resultados do teste de abrasão mostram que o primeiro risco (que corresponde ao aparecimento do metal constitutivo do suporte) só é observado visualmente (no aumento ótico X 8) após 20000 passagens do tampão.

Avaliação da aderencia do revestimento sinterizado sobre o suporte

Avaliação da antiaderencia (teste chamado “do leite queimado”)

A antiaderência avaliada pelo teste do leite queimado dá 100.

Os resultados dos ensaios são comparáveis com os obtidos no exemplo 1, mais com um consumo energético amplamente superior.

O consumo energético ΔΟ₂ foi comparado com ο ΔΟ₁ de uma sinterização por via laser com base na fórmula (1):

(l)AQi=m-i*Cp-i*ATi

Com:

- i designando o material tal como indicado a seguir:

i = 1 para designar o disco de alumínio;

i = 2 para designar a camada descontínua de esmalte;

- Cpi designando a capacidade calorífica do material i;

- AT, designando a variação de temperatura sofrida pelo material i; e

- m, designando a massa do material.

Uma sinterização por estufagem a 560°C do disco esmaltado gera um consumo energético AQi de 194400 J, considerando que:

- devido a suas dimensões, o disco pesa aproximadamente 400 g (mi),

- a variação de temperatura ΔΤι sofrida pelo suporte de alumínio é de 560°C-20°C (temperatura ambiente), ou seja, uma variação de temperatura de 540K,

- a capacidade calorífica Cpi do alumínio é de 900 j/Kg*K.

Para o cálculo do consumo energético ΔΟι depois da estufagem, não foi levada em conta a camada de esmalte, pois o consumo energia para cozer 1,2 g de esmalte a 560°C é desprezível em relação à que é necessária para elevar a temperatura de 20°C para 560°C de um disco de 400 g de alumínio. Além disso, esse cálculo não leva em conta a totalidade das perdas ligadas ao uso do forno (forno em si, ar, transportadores).

A avaliação do consumo energético ΔΟ₂ da sinterização por via laser foi, portanto, feita considerando que:

- somente a base dura (m₂ ⁼1,2g) é aquecida e não mais todo o disco,

- a variação de temperatura ΔΤ₂ sofrida pelo sinterizado de esmalte é de 2500°C - 20°C (temperatura ambiente), ou seja, uma variação de temperatura de 2420K,

- a capacidade calorífica Cp₂ do sinterizado 800 J/Kg*K. O consumo energético AQ₂ da sinterização por via laser só é 2381 J, ou seja, um consumo energético reduzido em mais de 98% (98,7% exatamente) em relação a uma estufagem a 560°C.

A relação dos consumos energia AQi/AQ₂ dá 1,22%, o que corresponde a uma redução do consumo energia de 98,7% quando se passa de uma estufagem a 560°C para uma sinterização por via laser nas condições experimentais indicadas acima.

Além das aproximações supramencionadas, o cálculo é igualmente aproximado na medida em que a temperatura atingida pelo sinterizado sob a ação do laser foi superestimada.

Além disso, o rendimento do laser é da ordem de 66% e o aquecimento residual do disco é baixo (alguns graus), inclusive com uma varredura contínua. Todavia, a Depositante julgou que o fato de levar em conta o conjunto das considerações acima não era de natureza a modificar sensivelmente a relação energética favorável ao laser.

Exemplo 2

A PARTIR DE UMA BARBOTINA AQUOSA DE “SINTERIZADO DE ESMALTE AÇO” COM

Absorvedor e Sinterização por Via Laser

Modo operatorio

2. Uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte é preparada a partir do sinterizado F2 de esmalte “aço” de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado, e partes em peso de água, e parte em peso de absorvedor.

3. Em seguida, essa barbotina é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 5 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização é de 1,2 g.

4. Para a sinterização a laser do depósito esmaltado, é utilizado o laser fibra que trabalha a 5 KW e emite a um comprimento de onda de 1064 nm: a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem sinterizar as gotículas de esmalte para formar uma camada de esmalte descontínua.

6. Em seguida, uma camada de primer e de uma camada de acabamento à base de PTFE são aplicadas sucessivamente sobre cada uma das faces. A aplicação dessas camadas antiadesivas à base de PTFE pode ser feita por serigrafia ou por pulverização pneumática (ou rolo).

8. Finalmente, o disco assim preparado é estampado para formar a calota de uma frigideira de acordo com a presente invenção, cuja face interna é a que compreende, sob o revestimento antiadesivo, uma base dura esmaltada.

Foi constatado que o revestimento interno não apresentava fissuras visíveis.

Avaliação da resistência a abrasão

Os resultados do teste de abrasão mostram que após 20.000 passagens de “ida e volta” de um tampão abrasivo, o revestimento não apresenta riscos no metal.

Avaliação da aderencia do revestimento sinterizado sobre o suporte

Avaliação da antiaderencia (teste chamado “do leite queimado”

A antiaderência avaliada pelo teste do leite queimado dá 50.

Exemplo Comparativo C2

A PARTIR DE UMA BARBOTINA AQUOSA DE “SINTERIZADO DE ESMALTE AÇO” SEM

Absorvedor e Sinterização por Estufagem a 560°C

Modo operatório

2. Uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte é preparada a partir do sinterizado F’2 de esmalte “aço” de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado, e partes em peso de água.

4. A camada descontínua é estufada em um forno a 560°C durante 8 minutos para obter seu endurecimento. A temperatura de estufagem é insuficiente para obter o endurecimento da base dura, que permanece em forma pulverulenta sem adesão ao suporte.

Uma estufagem a uma temperatura mais elevada, em particular a

650°C (que é uma temperatura que permite o endurecimento e a sinterização da base dura), conduz, em compensação, à fusão e à deformação do suporte.

A comparação dos exemplos 2 e C2 mostra, portanto, que a sinterização a laser permite acessar formulações de base que possuem pontos de fusão superiores aos do substrato.

Exemplo 3

A PARTIR DE UMA SUSPENSÃO AQUOSA DE ALUMINA SEM ABSORVEDOR E Sinterização por Via Laser

Modo operatório

1. Uma plaqueta de alumínio 4917 de forma quadrada de 100 mm de lado é utilizada como suporte. Essa plaqueta é desengordurada e acetinada.

2. Uma dispersão aquosa que contém 70% em peso de pó de alumina é preparada.

3. Em seguida, essa dispersão aquosa é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 3 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização é de 0,7 g.

4. Para a sinterização a laser da face esmaltada, é utilizado o laser fibra que trabalha a uma potência de 50 W e emite a um comprimento de onda de 1064 nm: a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem aquecer as partículas de alumina. Essas partículas ancoram-se no suporte alumínio por uma fusão superficial local do suporte.

5. É obtido um revestimento descontínuo cinza claro com uma taxa de cobertura de 50% e uma rugosidade Ra entre 2 e 5 pm; sendo que a espessura da base dura está compreendida entre 1 e 5 pm.

Avaliação da resistência ao impacto

Imediatamente após a realização do impacto sobre a camada cerâmica sinterizada, a observação da face revestida não mostra áreas escamadas.

Sobre a parte que sofreu o impacto é aplicada firmemente uma fita adesiva que é violentamente arrancada e a fita é examinada ao microscópio ótico: foi constatada a ausência de poeira sobre a fita, o que revelador de uma excelente adesão da base dura sobre o suporte.

Exemplo 4

A PARTIR DE UMA SUSPENSÃO AQUOSA DE DlÓXIPO DE TITÂNIO SEM ABSORVEDOR E Sinterização por Via Laser

Modo operatório

2. Uma dispersão aquosa que contém 70% em peso de pó de dióxido de titânio é preparada.

3. Em seguida, essa dispersão aquosa é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 3 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização é de 0,6 g.

4. Para a sinterização a laser da camada de alumina depositada, é utilizado o mesmo laser fibra que o do exemplo 3: a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem aquecer as partículas de dióxido de titânio. Essas partículas ancoram-se no suporte alumínio por uma fusão superficial local do suporte.

5. Um revestimento descontínuo preto com uma taxa de cobertura de 60% e uma rugosidade Ra entre 2 e 5 pm é obtido; sendo que a espessura da base dura está compreendida entre 1 e 5 pm.

Avaliação da resistência ao impacto

Exemplo 5

A PARTIR DE UMA SUSPENSÃO AQUOSA DE PÓ DE AÇO INOXIDÁVEL SEM

Absorvedor e Sinterização por Via Laser

Modo operatório

2. Uma dispersão aquosa de pó de aço inoxidável é preparada de acordo com as proporções indicadas a seguir:

-100 partes em peso de pó de inox 304 de diâmetro d50<10 pm,

- 45 partes em peso de água desmineralizada, parte em peso de tensoativo, e

- 5 partes de um álcool (tipicamente propanol), para obter uma suspensão homogênea.

3. Em seguida essa dispersão aquosa é aplicada uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 3 bars: o depósito obtido é descontínuo e o peso seco depositado antes da sinterização é de 0,4 g.

4. Para a sinterização a laser da camada de alumina depositada, é utilizado o mesmo laser fibra que o dos exemplos 3 e 4: a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem aquecer as partículas de aço. Essas partículas ancoram-se no suporte alumínio por uma fusão superficial local do suporte.

5. Um revestimento descontínuo preto com uma taxa de cobertura de 30% e uma rugosidade Ra entre 2 e 5 pm é obtido; sendo que a espessura da base dura está compreendida entre 1 e 15 pm.

Avaliação da resistência ao impacto

Exemplo 6

A PARTIR DE UMA PASTA OLEOSA DE UM SINTERIZADO DE ESMALTE ALUMÍNIO COM Absorvedor e Sinterização por Via Laser

Modo operatório

2. Uma suspensão oleosa de sinterizado de esmalte é preparada a partir do sinterizado FI de esmalte “alumínio” de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado de esmalte,

120 partes em peso de um óleo à base de derivados resínicos e terpênicos;

partes em peso de uma essência de petróleo de tipo D60, e partes em peso de absorvedor.

3. Em seguida, essa dispersão é aplicada sobre uma das faces do suporte por pulverização pneumática sob 3 bars: devido a sua forte aptidão para o espalhamento da dispersão oleosa, não é possível obter uma camada descontínua,

- a composição da dispersão oleosa é então modificada da seguinte maneira:

• 100 partes em peso de sinterizado de esmalte, • 70 partes em peso de óleo, e • 2 partes em peso de absorvedor.

- A camada é depositada uniformemente, mas de modo descontínuo por serigrafia. Para imobilizar as gotas e impedir sua coalescência é preciso secar com ar quente ou infravermelho o revestimento depositado antes de sinterizar por laser.

4. Para a sinterização a laser do depósito esmaltado, é utilizado o mesmo laser fibra que o do exemplo 1: a radiação laser deve ser aumentada e a velocidade de varredura diminuída, para percorrer a totalidade da superfície e permitir a sinterização das gotículas de esmalte. Durante a passagem do laser foi constatada uma liberação considerável de fumaças pretas.

- o revestimento obtido é preto e coberto de uma poeira fina de carbono.

5. Em seguida, são aplicadas sucessivamente sobre a camada de esmalte assim formada uma camada de primer e de uma camada de acabamento à base de PTFE.

A aplicação dessas antiadesivas à base de PTFE pode ser feita por serigrafia ou por pulverização pneumática (ou rolo).

6. A sinterização dessas camadas antiadesivas é feita por estufagem a 415°C por um tempo de duração da ordem de 7 minutos.

Esse revestimento interno (face interna) não apresenta fissuras visíveis.

Avaliação da aderência do revestimento sinterizado sobre o suporte

A aderência medida pelo teste de quadriculação após imersão é medíocre: há vários ladrilhos arrancados devido à presença de partículas de carbono não aderentes consecutivas à combustão do óleo.

Exemplo 7

Sinterização por Via Laser em 2 etapas de uma Base Dura de Esmalte, SEGUIDA DE UM REVESTIMENTO ANTIADESIVO À BASE DE PTFE Modo operatório

2. Uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte a partir do sinterizado de esmalte F1 “alumínio” é preparada de acordo com as proporções indicadas a seguir:

100 partes em peso de sinterizado, partes em peso de água, e parte em peso d'absorvedor.

4. Para a sinterização a laser do depósito esmaltado, é utilizado o mesmo laser fibra que o do exemplo 2 (que trabalha a uma potência de 4 KW): a radiação laser varre a totalidade da superfície e vem sinterizar as gotículas de esmalte para formar uma camada de esmalte descontínua sobre cada uma das faces do suporte.

5. Em seguida, uma camada de primer e uma camada de acabamento à base de PTFE são aplicadas sucessivamente sobre a camada de esmalte assim formada.

A aplicação dessas camadas antiadesivas à base de PTFE pode ser feita por serigrafia ou por pulverização pneumática (ou rolo).

6. A sinterização dessas camadas antiadesivas é igualmente feita por via laser: o aquecimento da base dura cerâmica subjacente basta para assegurar a sinterização do revestimento PTFE.

O revestimento interno (sobre a face interna) do artigo assim obtido não apresenta fissuras visíveis.

Avaliação da aderência do revestimento sinterizado sobre o suporte

Claims

Reivindicações

1. ARTIGO (1) que compreende um suporte metálico (2) que compreende duas faces opostas (21, 22) e um revestimento cerâmico ou metálico (3) que recobre pelo menos uma das faces (21, 22) do referido suporte (2), e o referido revestimento cerâmico ou metálico (3) apresenta um ponto de amolecimento que é superior à temperatura de fusão do suporte (2) e compreende pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, representando pelo menos 1% do peso do referido revestimento (3), caracterizado pelo fato de que o referido revestimento cerâmico ou metálico (3) é uma camada descontínua que apresenta uma rugosidade de superfície Ra compreendida entre 2 pm e 10 pm e uma espessura compreendida entre 5 e 30 pm.

2. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento absorvente é escolhido entre os aços inoxidáveis, os óxidos metálicos, o carboneto de silício, o carboneto de tungstênio, a grafita, os pigmentos minerais e as substâncias colorantes.

3. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento cerâmico ou metálico (3) é uma camada descontínua de alumina ou e/ou de dióxido de titânio.

4. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento cerâmico ou metálico (3) é uma camada descontínua de aço inoxidável.

5 22, caracterizado pelo fato de que comporta ainda uma etapa de realização de um revestimento antiadesivo (4) sobre o referido revestimento cerâmico ou metálico (3), que compreende o depósito de pelo menos uma camada de composição (4a) à base de resina fluorocarbonada, e uma etapa de sinterização.

10 24. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a etapa de sinterização do revestimento antiadesivo (4) é realizada:

• seja termicamente por um cozimento em um forno a uma temperatura compreendida entre 370°C e 43°C,

15 · seja por meio de um laser CO2 cujo comprimento de onda é de

5. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento cerâmico ou metálico (3) é um revestimento em esmalte.

6. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o suporte (2) é de alumínio ou de liga de alumínio, e o revestimento (3) compreende no máximo 20% em peso de fundentes em relação ao peso do referido revestimento (3).

7. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o suporte (2) é de aço inoxidável e o revestimento (3) comporte pelo menos 65% de óxido de silício em peso.

8. ARTIGO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a espessura do revestimento cerâmico ou metálico (3) está compreendida entre 5 pm e 15 pm.

9. ARTIGO, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um revestimento antiadesivo (4) que recobre o referido revestimento (3), e o referido revestimento antiadesivo (4) comporta pelo menos uma camada (41) que compreende pelo menos uma resina fluorocarbonada sozinha ou em mistura com uma resina de fixação termoestável resistente a pelo menos 200°C, em que a resina forma uma rede contínua sinterizada.

10. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a resina fluorocarbonada é escolhida entre o politetrafluoroetileno (PTFE), o copolímero de tetra-fluoroetileno e de perfluoropropilviniléter (PFA), o copolímero de tetrafluoroetileno e de hexafluoropropileno (FEP), e suas misturas.

11. ARTIGO, de acordo com uma das reivindicações 9 e 10, caracterizado pelo fato de que a resina de fixação é escolhida entre as poliamidas imidas (PAI), as poliéteres imidas (PEI), as poliamidas (PI), as polietercetonas (PEK), as polieteretercetonas (PEEK) os poliétersulfetos (PES) e os sulfetos de polifenileno (PPS).

12. ARTIGO, (1) de acordo com uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o revestimento antiadesivo (4) compreende uma camada de primer (41) de fixação e pelo menos uma camada de acabamento (42, 43), sendo que pelo menos uma das camadas de acabamento define uma camada de superfície, e as referidas camadas de primer (41) e de acabamento (42, 43) comportam, além da rede sinterizada de resina fluorocarbonada, e se for o caso, de resina de fixação, cargas minerais ou orgânicas e/ou pigmentos.

13. ARTIGO (1), de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que se apresenta em forma de um disco.

14. ARTIGO (1), de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que constitui um artigo culinário (1) no qual uma das faces opostas (21) é uma face interna (21) côncava destinada a ser colocada do lado de alimentos suscetíveis de serem introduzidos no referido artigo (1), e uma segunda das referidas faces opostas (22) é uma face externa (22) convexa destinada a ser colocada em direção a uma fonte de calor.

15. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO (1), que compreende as seguintes etapas sucessivas:

- uma etapa de fornecimento de um suporte metálico (2) que compreende duas faces opostas (21, 22), e uma etapa de aplicação de uma composição cerâmica ou metálica (3a) sobre pelo menos uma das referidas faces (21, 22) do referido suporte (2) para formar uma camada não sinterizada (3), e a referida composição cerâmica ou metálica (3a) compreende um pó cerâmico ou metálico e pelo menos um elemento que absorve a radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm, que representa pelo menos 1% do peso do referido pó;

- uma etapa de sinterização por uma radiação laser a um comprimento de onda da ordem de 1 pm e que irradia pelo menos parcialmente a referida camada descontínua (3), sendo que o referido processo se caracterizada pelo fato de que:

- a composição cerâmica ou metálica (3a) é uma dispersão aquosa; e

- pelo menos uma das etapas de aplicação da composição aquosa (3a) e de sinterização da camada não sinterizada (3) é realizada de modo a formar um revestimento cerâmico ou metálico (3) descontínuo.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o pó cerâmico ou metálico está presente na composição cerâmica ou metálica (3a) à razão de 45% a 75% em peso do peso total da referida composição (3a).

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a composição cerâmica ou metálica (3a) é aplicada de modo a formar uma camada não sinterizada (3) contínua e a etapa de sinterização é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura descontínua a referida camada não sinterizada (3).

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a composição cerâmica ou metálica (3a) é aplicada de modo a formar uma camada não sinterizada (3) descontínua e a etapa de sinterização é realizada por uma radiação laser que irradia por uma varredura descontínua e/ou contínua a referida camada não sinterizada (3).

19. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 15 a

18, caracterizado pelo fato de ser utilizada como composição cerâmica ou metálica (3a) uma barbotina aquosa de sinterizado de esmalte.

20. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 15 a

19, caracterizado pelo fato de ser utilizada como composição cerâmica ou metálica (3a) uma suspensão aquosa de alumina ou e/ou de dióxido de titânio.

21. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 15 a

20, caracterizado pelo fato de ser utilizada como composição cerâmica ou metálica (3a) uma suspensão aquosa de pó de aço inoxidável.

22. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 15 a

21, caracterizado pelo fato de que a composição cerâmica ou metálica (3a) é aplicada sobre uma das faces (21) do suporte (2) por pulverização pneumática sob pressão, e pelo fato de que a quantidade de composição cerâmica ou metálica (3a) depositada está compreendida entre 0,1 g/dm² e 3 g/dm².

23. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 15 a

10, 6 pm.