BRPI1005091A2

BRPI1005091A2 - par tribolàgico e processo de tratamento superficial em pares tribolàgicos

Info

Publication number: BRPI1005091A2
Application number: BRPI1005091-4A
Authority: BR
Inventors: Adilson Luiz Manke; Antonio Tadeu Cristofolini; Marcos Guilherme Schwarz
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2013-03-26
Also published as: MX2013006220A; JP2014501889A; EP2646702A1; CN103299094A; KR20130122955A; SG190933A1; WO2012071639A1; US20130315513A1

Abstract

PAR TRIBOLàGICO E PROCESSO DE TRATAMENTO SUPERFICIAL EM PARES TRIBOLàGICOS. A presente invenção é aplicada a um par tribológico compreendendo duas peças metálicas (1O, 20), uma primeira delas provida de uma superfície de contato (lOa), móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície contato (2Oa) de uma segunda de ditas peças metálicas (20). De acordo com a presente invenção, a primeira peça metálica (10) tem sua superfície de contato (lOa) definida por um recobrimento formado: por uma primeira camada superficial (11) em material mais duro do que aquele da primeira peça metálica (10) ; e por uma segunda camada superficial (12), disposta sobre a primeira camada superficial (11) e em material definindo um recobrimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato (20a) da segunda peça metálica (20) do par tribológico, de modo a proporcionar a dito par tribológico um menor coeficiente de atrito em relação ao par tribológico desprovido do referido recobrimento.

Description

"PAR TRIBOLÓGICO E PROCESSO DE TRATAMENTO SUPERFICIAL EM PARES TRIBOLÓGICOS" Campo da invenção

Refere-se a presente invenção a um par tribológico do tipo definido por peças com movimento relativo entre si e tendo, cada uma, uma respectiva superfície de contato e a um processo de tratamento das superfícies de contato dos elementos ou peças de um par tribológico. Histórico da invenção Em compressores recíprocos de refrigeração doméstica e comercial, é contínua a busca de alternativas que visam aumentar a eficiência energética de tais máquinas, sendo que uma das formas de alcançar este objetivo é via redução das perdas mecânicas dos componentes móveis (pares tribológicos), gerada pelo movimento relativo entre os pares tribológicos tais como: eixo de manivela e mancai; pino de pistão e olhai menor da biela; pino excêntrico e olhai maior da biela; e conexões esféricas entre biela e partes a ela acopladas. A perda mecânica entre os pares tribológicos em movimento relativo, tal como, por exemplo, entre eixo de manivela e mancai é gerada de acordo com os seguintes parâmetros: Perdas, por contato entre as superfícies: Pot = Fa χ ω χ R, onde Fa = μ χ Ν; Perdas por atrito viscoso:

Pot = cte χ f(s) χ (η χ ω2 χ R3 χ L) / c, sendo:

Pot=> potência gerada pelo atrito; Fa=> força de atrito; co=>velocidade angular relativa entre as superfícies; R=> raio do eixo;

μ=> coeficiente de atrito dinâmico; N=> força normal; η=> viscosidade do óleo; L => largura útil do mancai;

c=> folga radial entre as superfícies;

ε=> relação de excentricidades entre eixo e mancai. Deve ser observado que o coeficiente de atrito dinâmico produzido pelo contato lubrificado entre duas superfícies é, no mínimo, uma ordem de grandeza superior ao coeficiente de atrito viscoso em regime de filme espesso (valores típicos de 0,1 e 0,01, respectivamente, para componentes metálicos com acabamento por retificação e/ou brunimento convencionais, com Ra menores do que 0,5μπι). Principalmente nas primeiras horas de funcionamento, uma parcela considerável da perda mecânica ocorre devido ao atrito gerado pelo contato, entre as superfícies, decorrente de acabamentos superficiais inadequados, de erros de forma elevados ou mesmo pelo sub-dimensionamento dos mancais. Dependendo da intensidade deste contato, pode ocorrer uma degeneração das superfícies (propriedades mecânicas, geométricas e de acabamento superficial), levando à falha dos mancais, por desgaste. Na maior parte dos pares tribológicos, é tecnicamente inviável dimensionar os mancais de forma a garantir a ausência total de contato entre as superfícies integrantes deste par, seja por questões de "lay out" (espaço disponível), de regimes de operação (Iiga- desliga, condições extremas, etc), de custo final ou mesmo devido a limitações geradas pelo compromisso ótimo de outros parâmetros de engenharia ("trade-off"). Assim, são normalmente utilizados acabamentos especiais e/ou recobrimentos superficiais que minimizem os efeitos danosos destes contatos.

Em um mecanismo do tipo biela-manivela, um exemplo típico é o par tribológico (mancai) definido pelo pino do pistão e o olhai menor da biela. Devido ao movimento oscilatório relativo entre estes dois componentes (pino do pistão e olhai menor) , a velocidade é continuamente variável e atinge valores zero duas vezes durante um ciclo de compressão. Este padrão oscilatório prejudica a formação de um campo de pressão hidrodinâmica, exigindo que as dimensões do pino e do olhai menor sejam relativamente elevadas para que o contato metálico seja evitado (ou pelo menos minimizado significativamente).

Em sentido contrário, é desejável que as dimensões do pino do pistão sejam reduzidas pelos seguintes motivos:

- obtém-se redução de sua massa,

- quanto menor o pino do pistão, menores serão as dimensões do olhai menor;

- quanto menor o pino do pistão e o olhai menor, mais compacto será o pistão;

sendo que a massa de todos os componentes citados acima influenciam diretamente no desbalanceamento do mecanismo. Assim, é comum, neste par tribológico, que se desenvolvam contatos metálicos de alta intensidade, sendo o desgaste minimizado com o uso de tratamentos superficiais (com ou sem recobrimento) de alta dureza, como a cementação, têmpera ou nitretação no pino e f erroxidação ou nitretação no olhai menor da biela.

Solicitações (e soluções) similares também ocorrem (e são utilizadas) no par tribológico composto por mecanismos de junção articulada por rótula do tipo tendo um alojamento semi-esférico e uma esfera (ou semi-esfera), par tribológico este que muitas vezes substitui o par tribológico pino de pistão e olhai menor da biela. São atualmente conhecidas e utilizadas as seguintes alternativas de tratamento superficial de par tribológico, tal como atualmente utilizado para o par tribológico pino do pistão e olhai menor da biela:

- Pino de pistão: nitretação; ou cementação + têmpera + fosfatização;

- Olhai menor da biela (em ferro puro ou ferro ligado, obtido por processo de sinterização): ferroxidação +

fosfatização; ou nitretação; ou usinagem + fosfatização; ou matriz ferroxidada + usinagem + fosfatização; " ou usinagem + nitretação.

As alternativas estão apresentadas em ordem crescente de custo, sendo a usinagem um processo de acabamento superficial alternativo ao processo de acabamento superficial por calibração de componentes sinterizados. A operação de usinagem produz as seguintes vantagens em relação ao processo de calibração:

- em componentes sem ferroxidação, produz o selamento dos poros (comuns em componentes sinterizados), permitindo a

deposição de uma camada mais homogênea de fosfato;

- produz a elevação da Tp% (área efetiva de apoio) para valores próximos a 100%;

em componentes ferroxidados, elimina a camada superficial de óxido de ferro, normalmente sujeita a desplacamentos;

- pode melhorar os erros de forma (cilindricidade) ao eliminar deformações elásticas não corrigidas pelo processo de calibração.

Entretanto, a usinagem apresenta as seguintes desvantagens:

- é um processo mais caro que a calibração;

apresenta pior acabamento superficial (quando utilizadas técnicas usuais de acabamento por usinagem); e normalmente produz elevação nos erros de posição (paralelismo entre olhais de biela).

Ao ser considerada a junção por rótula esférica, as seguintes alternativas de tratamento superficial são atualmente utilizadas:

- Alojamento semi-esférico: tratamento superficial com fosfatização ou com nitretação;

- Esfera (ou semi-esfera): tratamento superficial por têmpera + fosfatização.

Independentemente do fato de a superfície da peça ser definida pelo próprio material de base (sem algum tipo de revestimento) ou ser definida por um revestimento (obtido, por exemplo, por ferroxidação), o fosfato mangânico é amplamente utilizado e reconhecido como um excelente meio para quebrar a afinidade química entre pares tribológicos de materiais similares, assim como um excelente lubrificante sólido, reduzindo o atrito entre peças relativamente móveis entre si e minimizando os desgastes, principalmente durante as primeiras horas de funcionamento, no processo conhecido como amaciamento. 0 processo de tratamento superficial das superfícies de contato de componentes metálicos (sinterizados ou não) definidores de pares tribológicos, por recobrimento da superfície de contato por nitretação, é reconhecido como uma excelente solução para a redução de desgastes em componentes de pares tribológicos submetidos a elevadas pressões de contato. Esta solução é amplamente utilizada nos pares tribológicos formados pelo pino do pistão e pelo olhai menor da biela e pela esfera e alojamento semi-esférico entre biela e pistão com junção por rótula esférica.

Devido à contínua busca por compressores energeticamente mais eficientes, menos ruidosos, de menor tamanho e de menor custo, existe uma contínua otimização do mecanismo, seguindo algumas linhas gerais, entre elas:

- redução da classe de viscosidade dos óleos;

- redução das dimensões e massa dos componentes; e

- aumento da capacidade de refrigeração (deslocamento volumétrico) das plataformas menores.

Estes fatores implicam diretamente no aumento das solicitações mecânicas e, conseqüentemente, no aumento das cargas impostas aos componentes do mecanismo, refletindo em maiores deformações e contatos dos pares tribológicos, o que faz com que mesmo componentes revestidos pelo processo de nitretação passem a apresentar desgastes sob certas condições de operação. Quando duas peças nitretadas são submetidas ao atrito ou abrasão, como ocorre nos pares tribológicos constituídos por mancais, bielas e pinos, a instabilidade química dos nitretos é responsável por uma atração eletrostática das camadas nitretadas. Desta forma, existe uma reatividade entre os revestimentos, o que auxilia o processo de desgaste dos componentes (desgaste por afinidade química).

Objetivos da invenção

Assim, é um objetivo da presente invenção prover um par tribológico do tipo definido por peças com movimento relativo entre si e tendo, cada uma, uma respectiva superfície de contato e que apresente, mesmo em condições de aumento de cargas impostas aos componentes do mecanismo, menor desgaste das superfícies de contato do par tribológico.

Outro objetivo da presente invenção é prover um par tribológico que, além do acima exposto, apresente reduzidas condições de atrito, melhorando a lubricidade das superfícies de contato.

Ainda outro objetivo da presente invenção é prover um processo de tratamento superficial em pares tribológicos que permita a obtenção de peças com superfícies de contato apresentando boa lubricidade e reduzido desgaste. Um objetivo adicional é prover um par tribológico e um processo de tratamento superficial em pares tribológicos, tal como acima citados, e que sejam de custo relativamente reduζido. Sumário da invenção

Este e outros objetivos são alcançados através de um par tribológico compreendendo duas peças metálicas providas, cada uma, de uma superfície de contato, móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície de contato da outra de ditas peças, sendo que uma das peças tem sua superfície de contato recoberta: por uma primeira camada superficial em material de dureza superficial maior do que aquele da respectiva peça; e por uma segunda camada superficial, definindo um recobrimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato da outra peça do par tribológico, de modo a proporcionar a dito par tribológico um menor coeficiente de atrito e maior resistência ao desgaste em relação ao par tribológico desprovido do referido recobrimento. Os objetivos da presente invenção são também alcançados com um processo de tratamento superficial em pares tribológicos do tipo que compreende duas peças metálicas providas, cada uma, de uma superfície de contato, móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície de contato da outra de ditas peças, dito processo compreendendo as etapas de: recobrir a superfície de contato de uma de ditas peças, com uma primeira camada superficial, em material de dureza superficial maior do que aquele da respectiva peça; e recobrir a primeira camada superficial da referida peça, com uma segunda camada superficial, definindo um recobrimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato da outra peça do par tribológico, de modo a proporcionar a dito par tribológico um menor coeficiente de atrito e maior resistência ao desgaste em relação ao par tribológico desprovido do referido recobrimento De acordo com um aspecto particular da presente invenção, a primeira camada superficial é um recobrimento em nitreto e a segunda camada superficial é um recobrimento em fosfato e, mais particularmente, um recobrimento em fosfato de manganês. Breve descrição dos desenhos A invenção será a seguir descrita, fazendo-se referências às figuras anexas, dado a título de exemplo de formas construtivas da invenção e nas quais:

A figura 1 representa uma vista em corte transversal parcial e esquemático de duas peças de um par tribológico com suas superfícies de contato formadas de acordo com uma primeira configuração da presente invenção; A figura 2 representa uma vista similar àquela da figura 1, mas ilustrando as superfícies de contato formadas de acordo com uma segunda configuração da presente invenção; A figura 3 representa uma vista em corte transversal parcial e esquemático de duas peças de um par tribológico com suas superfícies de contato formadas de acordo com uma terceira configuração da presente invenção; e A figura 4 representa uma vista similar àquela da figura 2, mas ilustrando as superfícies de contato formadas de acordo com uma quarta configuração da presente invenção. Descrição da invenção Apesar de os comentários sobre a técnica anterior e suas limitações atuais terem sido intensamente associados aos requisitos de projeto e às solicitações mecânicas nos compressores recíprocos de refrigeração, particularmente aqueles de dimensões reduzidas, deve ser observado que a presente invenção é aplicável a diferentes pares tribológicos que apresentem condições operacionais semelhantes àquelas discutidas para os referidos compressores.

Conforme já anteriormente mencionado, o par tribológico objeto da presente invenção compreende duas peças metálicas 10, 20, uma primeira delas sendo provida de uma superfície de contato 10a, móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície de contato 20a de uma segunda de ditas peças metálicas 20.

Conforme mais detalhadamente comentado adiante, as duas peças metálicas 10, 20 do par tribológico aqui considerado são, geralmente, obtidas em qualquer um dos seguintes materiais: aço cementado ou aço ligado com alta dureza superficial obtida normalmente por tratamento térmico, aço baixo carbono, ferro puro, ferro ligado, fe rro fundido e outras ligas ferrosas/metálicas. De acordo com a invenção, uma primeira de ditas peças metálicas 10 tem sua superfície de contato 10a definida por um recobrimento formado: por uma primeira camada superficial 11 em material de maior dureza do que aquele da respectiva primeira peça metálica 10; e por uma segunda camada superficial 12, disposta sobre a primeira camada superficial 11 e definindo um revestimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato 20a da segunda peça metálica 20 do par tribológico, de modo a proporcionar a dito par tribológico um menor coeficiente de atrito e maior resistência ao desgaste em relação ao par tribológico desprovido do referido recobrimento.

Em uma primeira configuração da invenção, ilustrada na figura 1, a segunda peça metálica 20 tem sua superfície de contato 20a definida pelo próprio material de referida segunda peça metálica 20, pois essa última não recebe nenhum recobrimento em sua superfície de contato 20a. Independentemente do fato de uma das peças metálicas 10, 20, ser provida ou não de revestimento em sua superfície de contato 10a ou 20a, ambas as peças são geralmente submetidas a um acabamento superficial, por exemplo, por retifica, brunimento, escovamento, lixamento, calibração, etc, visando eliminar ou pelo menos minimizar os picos de rugosidade superficial, deformações e irregularidades superficiais.

De acordo com a invenção, a segunda camada superficial 12 do recobrimento da primeira peça metálica 10 é definida em um material lubrificante sólido, preferivelmente em fosfato e ainda, mais preferivelmente, em fosfato de manganês. Essa segunda camada superficial 12 é obtida por meio de uma operação de fosfatização de dita primeira peça metálica 10, após a formação da primeira camada s up e r f ida 1- 11.

A segunda camada superficial 12 da primeira peça metálica é formada sobre uma primeira camada superficial 11 em nitreto, ou seja, obtida por meio de uma operação de nitretação de dita primeira peça metálica 10, antes desta última ser submetida à operação de fosfatização. Para a construção na gual a primeira peça metálica 10 é recoberta pela primeira e pela segunda camada superficial 11, 12, a superfície de contato 20a, da segunda peça metálica 20 do par tribológico pode apresentar qualquer constituição, inclusive ser recoberta, superficialmente, por um fosfato, conforme a segunda configuração ilustrada na Figura 2.

Conforme a terceira configuração ilustrada na figura 3, a segunda peça metálica 20 pode ser provida de um recobrimento definido por uma camada superficial 21, externa, em material mais duro do que aquele de formação de dita segunda peça metálica 20 tal como, por exemplo, aquele definido para a primeira camada superficial 11 da primeira peça metálica 10.

Em uma forma de realização da invenção, na qual são obtidos os resultados desejados, a camada superficial 21 da segunda peça metálica 20 é formada em nitreto, ou seja, por meio de uma operação de nitretação de dita segunda peça metálica 20.

De acordo com uma quarta configuração da presente invenção, ilustrada na figura 4, a segunda peça metálica pode ser provida de uma segunda camada superficial 22, definida em um material lubrificante sólido, por exemplo, um fosfato. Essa segunda camada superficial 22 é obtida por meio de uma operação de fosfatização da segunda peça metálica 20, após a formação da primeira camada superficial 21 desta última, tal como acima descrito para a formação de recobrimento da primeira peça metálica 10. Neste caso, a primeira camada superficial 21 pode ser definida em material mais duro do que aquele de formação de dita segunda peça metálica 20 e tal como-, por exemplo, aquele definido para a primeira camada superficial 11 da primeira peça metálica 10.

Deve ser entendido que as duas peças metálicas 10, 20, mesmo quando providas dos respectivos, recobrimentos, conforme ilustrado para a primeira peça metálica 10 na figura 1 e para ambas as peças nas figuras 2 a 4, podem ser previamente submetidas a tratamentos de melhoria do acabamento superficial, tais como lixamento ou escovamento, antes das operações de nitretação e de fosfatização, por exemplo, capazes de conduzir a uma melhor incorporação dos revestimentos às respectivas peças metálicas, ou ainda a um melhor acabamento superficial de ditos recobrimentos.

A deposição de uma camada de fosfato mangânico sobre o recobrimento de nitretação reduz os malefícios citados com as construções de par tribológico discutidas anteriormente. O fosfato mangânico é amplamente utilizado e reconhecido como um excelente meio para quebrar a afinidade química entre pares de materiais similares, assim como um excelente lubrificante sólido, reduzindo o atrito e minimizando os desgastes, principalmente durante as primeiras horas de funcionamento (conhecido como amaciamento) , sem nenhum prejuízo das já conhecidas propriedades da camada de nitreto, tornando-se uma solução de excelentes propriedades tribológicas. A solução de fosfato mangânico sobre o nitreto também contribuiu para a solução de outro problema potencial: nas soluções nas quais a biela de um compressor recíproco de refrigeração é inteiriça (e não bipartida), é possível prover um mesmo tratamento superficial para os dois olhais da biela: olhai menor e olhai maior. Ainda em relação à aplicação da invenção em compressores recíprocos de refrigeração, no par tribológico pino excêntrico/olhai maior, o regime de lubrificação tende a ser hidrodinamico, mas os desalinhamentos produzidos pela deformação dos componentes do mecanismo também produzem contatos puntuais, elevando as pressões de contato e, como. conseqüência, gerando aumento da perda mecânica e/ou desgastes.

Como o pino excêntrico do eixo de manivela de compressores alternativos é, normalmente, produzido em ferro fundido ou aço de baixo carbono, ambos de baixa dureza superficial, a formação de um par tribológico composto por estes materiais "moles" com outro de dureza superficial elevada (como o olhai maior recoberto por nitreto) tende a produzir desgastes mais intensos (mais severos) na contra-parte de menor dureza, ou seja, no pino excêntrico do eixo de manivela. Particularmente nos casos de compressores recíprocos de refrigeração, a deposição de uma camada de fosfato mangânico, como uma segunda camada superficial 12 sobre uma primeira camada superficial 11 obtida por nitretação, contribui para a minimização dos desgastes nos pares tribológicos do pino do pistão/olhal menor da biela e pino excêntrico/olhai maior da biela e ainda para a redução da perda mecânica nesse último par tribológico, perda essa que pode ser bastante elevada durante os instantes iniciais de operação do compressor, em que a ausência de lubrificação intensifica o contato entre as superfícies.

De acordo com a presente invenção, são possíveis, em um compressor recíproco de refrigeração, as seguintes combinações de pares tribológicos apresentando uma, ou mesmo duas, das superfícies de contato 10a, 20a, provida com a primeira e a segunda camada superficial 11, 12:_

Pino de pistão Olhai menor da biela aço (cementado ou ligado) e temperado(com ou sem fosfato) Ferro (puro ou ligado) + nitreto + fosfato aço (cementado ou ligado) e temperado + nitreto Ferro (puro ou ligado) + nitreto + fosfato aço (cementado ou ligado) e temperado + nitreto +fosfato Ferro (puro ou ligado) + nitreto (com ou sem fosfato) aço (cementado ou ligado) e temperado + nitreto +fosfato Ferro (puro ou ligado) + ferroxidação (com ou sem fosfato) Junção por rótula: alojamento semi-esférico Junção por rótula: esfera aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto + fosfato aço temperado (com ou sem fosfato) aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto + fosfato aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto (com ou sem fosfato) aço temperado (com ou sem fosfato) aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto +fosfato aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto (com ou sem fosfato) aço (baixo carbono ou ligado e temperado) + nitreto + fosfato Pino excêntrico Olhai maior da biela ferro fundido ou aço (com ou sem fosfato) Ferro (puro ou ligado) + nitreto + fosfato

No caso de construção de biela inteiriça, ambos os olhais podem receber o processo de tratamento superficial da presente invenção.

No caso de uma construção de par tribológico onde pelo menos uma das peças apresenta uma camada ferroxidada (com ou sem fosfato), também é possível recobrir a superfície da segunda peça com uma camada de fosfato mais externa sobre uma camada de nitretação.

Especificamente para o olhai maior, a nitretação pode trazer perdas de confiabilidade e consumo devido à operação contra uma superfície normalmente de baixa dureza (do pino excêntrico). Assim, passa a ser altamente vantajosa a provisão da segunda camada superficial de fosfato sobre a primeira camada superficial de nitreto no olhai maior da biela, para aumentar a confiabilidade deste par tribológico (redução dos desgastes durante o processo de amaciamento) e minimizar a perda mecânica. A presente invenção provê uma solução para quaisquer pares tribológicos que apresentem as características de projeto e operacionais similares àquelas encontradas em, um compressor recíproco de refrigeração, tais como pino de pistão e olhai menor de biela; junções por rótula esférica; pino excêntrico e olhai maior de biela. Conforme já comentado, a segunda camada superficial 22 tem as funções de:

- quebrar a afinidade química entre nitretos, quando este define o recobrimento da superfície de contato de ambas as peças metálicas de um par tribológico, pois uma das peças fica recoberta por nitreto e a outra, por um duplo . 25 recobrimento: uma primeira camada superficial 11 de nitreto e uma segunda camada superficial 12 de fosfato;

reter óleo, pois a segunda camada superficial 12, contendo fosfato, apresenta uma estrutura porosa, com espaços que permitem a retenção do óleo; e - permitir uma acomodação das irregularidades da superfície do mancai, pois a referida segunda camada superficial 12, contendo fosfato, facilita a acomodação da superfície de uma das peças metálicas do par tribológico às condições de contato com a superfície da outra peça metálica do referido par tribológico.

Em uma forma particular da presente invenção, a segunda camada superficial 12 define um recobrimento de fosfato de manganês (reagente), que estabiliza química e energeticamente a superfície nitretada, através de uma blindagem eletrostática. Tal reação estabiliza o duplo recobrimento (nitreto/fosfato) e impede a afinidade química antes estabelecida entre as superfícies nitretadas de um sistema deslizante convencional, com suas superfícies de contato nitretadas. A presença de um agente estável (fosfato de manganês) cria uma barreira energética, reduzindo a atração eletrostática entre os recobrimentos (nitreto/nitreto) promovendo aumento de vida útil das peças pela redução do desgaste. A construção de par tribológico da presente invenção permite proporcionar maior dureza e redução do atrito entre as superfícies de contato do par tribológico, criando uma neutralidade química entre as superfícies de contato das duas peças metálicas do par tribológico, evitando o desgaste por adesão. A segunda camada superficial, fosfatizada, apresenta propriedades físicas que permite que ela se amolde às imperfeições existentes na primeira camada, criando uma superfície externa mais uniforme e capaz de melhor distribuir a pressão e o desgaste. Essa segunda camada superficial, aplicada sobre a primeira camada superficial, adquire uma melhor aderência, prolongando a vida das peças em contato móvel. Embora a descrição acima apresente a segunda camada superficial 12 como sendo definida em um fosfato, deve ser entendido que esta segunda camada superficial 12 pode ser definida por outros elementos tais como níquel químico e suas variações, que apresentem as características de lubrificante sólido, moldabilidade e reduzam a afinidade química com o material da superfície de contato da outra peça do par tribológico. A primeira camada superficial 21 de endurecimento da segunda peça metálica, pode ser ainda definida por tratamento térmico (p. ex. tempera) ou ferroxidação, desde que produzam o efeito estrutural desejado na respectiva peça e permitam a aplicação, ou não, de um recobrimento por fosfato mangânico.

A presente invenção provê também um processo de tratamento superficial em pares tribológicos do tipo acima definido, dito processo compreendendo as etapas de: recobrir a superfície de contato IOa de uma primeira de ditas peças metálicas 10 com uma primeira camada superficial 11, em material mais duro do que aquele da primeira peça metálica 10; e recobrir a primeira camada superficial 11 da primeira peça metálica 10, com uma segunda camada superficial 12, em material definindo um recobrimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato 20a da segunda peça metálica 20 do par tribológico, de modo a proporcionar a dito par tribológico um menor coeficiente de atrito em relação ao par tribológico desprovido do referido recobrimento.

Claims

1. Par tribológico, compreendendo duas peças metálicas (10, 20) uma primeira delas provida de uma superfície de contato (10a), móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície de contato (20a) de uma segunda de ditas peças metálicas (10, 20) , caracterizado pelo fato de a primeira peça metálica (10) ter sua superfície de contato (10a) definida por um recobrimento formado: por uma primeira camada superficial (11) em material mais duro do que aquele da primeira peça metálica (10); e por uma segunda camada superficial (12), disposta sobre a primeira camada superficial (11) e definindo um recobrimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato (20a) da segunda peça metálica (20) do par tribológico.

2. Par tribológico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12)da primeira peça metálica (10) ser um lubrificante sólido.

3. Par tribológico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12) da primeira peça metálica (10) ser em um dos materiais definidos por fosfato, ou níquel químico.

4. Par tribológico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a primeira camada superficial (11) da primeira peça metálica (10) ser um recobrimento em nitreto e a segunda camada superficial (12) ser um recobrimento em fosfato.

5. Par tribológico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12) da primeira peça metálica (10) ser um recobrimento em fosfato de manganês.

6. Par tribológico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de a segunda peça metálica (20) ter sua superfície de contato (20a) também recoberta por uma camada superficial externa (21), em material mais duro do que aquele de dita segunda peça metálica (20).

7.- Par tribológico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a referida camada superficial externa (21) da segunda peça metálica (20) ser definida por um recobrimento em nitreto.

8.- Par tribológico, de acordo com qualquer um das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a referida superfície (20a) da segunda peça metálica (20) ser definida por um recobrimento em um dos materiais definidos por fosfato ou níquel químico.

9.- Par tribológico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de as peças metálicas definidoras do par tribológico serem formadas em um dos materiais definidos por aço, ferro, ferro fundido e suas ligas.

10.- Processo de tratamento superficial em pares tribológicos, do tipo que compreende duas peças metálicas (10, 20) uma primeira delas provida de uma superfície de contato (IOa), móvel e atritante em relação a uma respectiva superfície contato (20a) de uma segunda de ditas peças metálicas (10, 20), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - recobrir a superfície de contato (10a) da primeira peça metálica (10) com uma primeira camada superficial (11), em material mais duro do que aquele da primeira peça metálica (10); e - recobrir a primeira camada superficial (11) da referida primeira peça metálica (10), com uma segunda camada superficial (12), definindo um revestimento redutor de afinidade química em relação à superfície de contato (20a) da segunda peça metálica (20) do par tribológico.

11.- Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12) ser um lubrificante sólido.

12.- Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12) ser definida por um recobrimento em um dos materiais definidos por fosfato ou níquel químico.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a primeira camada superficial (11) ser um recobrimento em nitreto e a segunda camada superficial (12) ser um recobrimento em fosfato.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de a segunda camada superficial (12) ser um recobrimento em fosfato de manganês.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de recobrir a superfície de contato (20a) da segunda peça metálica (20) com uma camada superficial externa, era material mais duro do que aquele de dita segunda peça metálica_ (20)_.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a referida camada superficial externa (21) da segunda peça metálica (20)" ser 'definida por um recobrimento em nitreto.

17. Processo, de acordo com qualquer um das reivindicações 10 a 16, caracterizado pelo fato de a referida superfície (20a) da segunda peça metálica (20) ser definida por um recobrimento em um dos materiais definidos por fosfato ou níquel químico.

18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizado pelo fato de as peças metálicas (10, 20) definidoras do par tribológico serem formadas em um dos materiais definidos por aço, ferro, ferro fundido e suas ligas.