ES2208159T3 - Revestimiento por pulverizacion termica para compuertas y asientos de valvulas. - Google Patents

Abstract

Una composición en polvo para pulverización térmica que consiste en una mezcla de material carburo de wolframio-cobalto que comprende en porcentaje en peso 5 a 20 de Co y 0 a 12 de cromo, siendo el resto carburo de wolframio y 5 a 35 por ciento en peso de una aleación de cobalto que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de cromo, 5 a 11 de wolframio, 0, 5 a 1, 5 de carbono y el resto cobalto o que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de molibdeno, 14 a 20 de cromo, 1 a 5 de silicio, menos de 0, 08 de carbono y el resto cobalto.

Description

Revestimiento por pulverización térmica para compuertas y asientos de válvulas.

Campo de la invención

La invención se refiere a una composición en polvo para pulverización térmica, a un revestimiento fabricado utilizando un polvo de esta composición y a un procedimiento para aplicar el revestimiento. La invención también se refiere a la aplicación del revestimiento a las superficies de desgaste de válvulas de compuerta o esféricas y al tren de aterrizaje de un avión y a las superficies de otros componentes que requieren resistencia al desgaste.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere al problema de proporcionar resistencia al desgaste, superficies de baja fricción en componentes que operan en condiciones de muchas tensiones y frecuentemente corrosivas. Se han empleado diversos métodos para intentar satisfacer estos requerimientos incluyendo: el endurecimiento de las superficies de acero mediante tratamiento con calor, carburación, nitruración o implantación de iones; el empleo de componentes cerámicos sólidos o cermet; la aplicación de revestimientos producidos mediante pulverización térmica, deposición química de vapor, deposición física, electrochapado (particularmente con cromo) y otras técnicas. Dependiendo de la aplicación, todos estos métodos tienen limitaciones. Una aplicación particularmente difícil es la de las válvulas de compuerta de alta presión que se abren o cierran a gran velocidad en la industria de producción de petróleo y gas. Otra aplicación que es difícil de satisfacer es el revestimiento de los componentes del tren de aterrizaje de un avión donde, además de los problemas de desgaste y fricción, le atañen particularmente las características de fatiga del sustrato. Es la intención de esta invención, proporcionar revestimientos de pulverización térmica que puedan satisfacer estos y una amplia variedad de otros problemas.

Las válvulas de compuerta consisten en un cuerpo de válvula que está localizado axialmente en una tubería o tubo por donde fluye el fluido que se ha de controlar. Dentro del cuerpo de la válvula hay una "compuerta" que es un componente con forma de placa, rectilíneo, sólido, normalmente metálico con un orificio circular en él. La compuerta se desliza entre dos "asientos" que son componentes anulares circulares metálicos, cerámicos o cermet con un diámetro interior aproximadamente igual al diámetro del orificio de la compuerta. Los asientos están alineados coaxialmente con los extremos de la tubería o tubo en el que la válvula está localizada y directa o indirectamente fijos a ellos. Cuando el orificio de la compuerta está alineado con los orificios de los asientos, el fluido fluye libremente a través de la válvula. Cuando el orificio de la compuerta está parcial o completamente desalineado con los asientos el flujo del fluido queda impedido o interrumpido; es decir, la válvula está cerrada parcial o totalmente. Para evitar fugas del fluido, es esencial que las superficies en contacto entre la compuerta y los asientos sean muy lisas y se mantengan próximas de manera ajustada. Las válvulas pueden tener resortes u otros dispositivos en su interior para sostener firmemente los asientos contra la compuerta. Cuando la válvula está cerrada, la presión del fluido en la cara aguas arriba de la válvula también presiona la compuerta contra el asiento en la cara aguas abajo.

Las válvulas de compuerta normalmente se hacen funcionar deslizando la compuerta entre los asientos empleando un accionador fijo a la compuerta con una varilla o eje llamado "vástago". El empleo de un accionador manual da como resultado un movimiento de la compuerta relativamente lento, un accionador hidráulico da como resultado un movimiento de la compuerta más rápido y un accionador neumático normalmente da como resultado un movimiento de la compuerta muy rápido. El accionador debe poder ejercer fuerza suficiente para superar las fuerzas de fricción estática y dinámica entre los asientos y la compuerta. La fuerza de fricción es función del diseño de la válvula y de la fuerza del fluido de la tubería cuando se cierra la válvula. Esta fuerza de fricción puede hacerse extremadamente grande cuando la presión del fluido se hace muy alta. El desgaste adhesivo de los asientos y/o de la compuerta que puede tener lugar al abrir y cerrar la válvula también puede ser un problema y llegar a ser excesivo en condiciones de alta presión. Un problema potencial adicional es el de la corrosión. El petróleo y gas de muchos pozos puede contener constituyentes muy corrosivos. Así, para muchos pozos, las válvulas deber estar hechas de materiales resistentes a la corrosión, particularmente los asientos y la compuerta donde la corrosión de las superficies exacerba los problemas de desgaste y fricción.

Para válvulas que se hacen funcionar manualmente a baja presión, asientos y compuertas de acero templado pueden ser suficientes para combatir los problemas de desgaste y fricción. Para válvulas neumáticas e hidráulicas a presiones más altas, pueden ser suficientes revestimientos pulverizados térmicamente, tales como revestimientos con base de carburo de wolframio o carburo de cromo, sobre las superficies tanto de la compuerta como de los asientos. Tres de los mejores revestimientos de este tipo son los revestimientos con pistola de detonación UCAR LW-15, un revestimiento de carburo de wolframio-cobalto-cromo, UCAR LW-5, un revestimiento de carburo de wolframio-níquel-cromo, y UCAR LC-1C, un revestimiento de carburo de cromo + níquel-cromo. Para algunas aplicaciones puede ser adecuado el uso de una aleación con base de cobalto sólido, Stellite 3 ó 6, para los asientos con una compuerta de acero templado. Otros métodos han incluido cubiertas de arco transferido con láser o plasma de Stellite 6 y aleaciones pulverizadas o unidas por fusión.

Al hacerse más profundos los pozos, las presiones aumentaron y los métodos anteriormente descritos se hicieron inadecuados. Se desarrollaron dos nuevos revestimientos que se han convertido en evaluaciones comparativas de la industria. Uno es UCAR LW-26, un revestimiento con base de carburo de wolframio, descrito con más detalle en la patente de EE.UU. 4.173.685. Este revestimiento se aplica normalmente mediante pulverización con plasma seguida por tratamiento con calor. Tiene características de comportamiento sobresalientes, pero es relativamente caro de producir. El otro es UCAR LW-45, un revestimiento con pistola de detonación de carburo de wolframio-cobalto-cromo con una única microestructura que es capaz de tener un buen comportamiento en la mayoría de las duras condiciones que se dan hoy en día en los pozos de petróleo y gas. Sin embargo, como los pozos se perforan todavía a más profundidad y las presiones se hacen todavía mayores, incluso estos revestimientos que son evaluación comparativa, pueden no satisfacer los requerimientos de estas condiciones extremas, y no hay otra solución disponible hoy en día.

A menudo los revestimientos deben usarse para la resistencia al desgaste en componentes que son muy sensibles a la fatiga. Un ejemplo es el cilindro de un tren de aterrizaje de un avión. Cualquier revestimiento que se agrietara con las tensiones de tracción a las que está sometido el cilindro debido al momento de flexión durante la operación podría propagarse al cilindro y provocar una rotura por fatiga del cilindro con desastrosos resultados. El revestimiento actual del cilindro es cromo templado electrochapado, que tiene un efecto negativo en la fatiga, que debe compensarse con una pared del cilindro excesivamente gruesa. El chapado de cromo está en contacto con un casquillo o cojinete de aluminio-níquel-bronce, de manera que cualquier sustitución del chapado de cromo debe tener también buenas características de unión (desgaste adhesivo) con este material. Además, cualquier revestimiento debe tener buena resistencia a la abrasión por si arena u otras partículas duras quedan atrapadas en el cojinete. El electrochapado de cromo empleado actualmente es adecuado sólo marginalmente. También debería notarse que el electrochapado de cromo tiene características medioambientales muy indeseables, y sería ventajoso reemplazarlo en esta y otras aplicaciones. Una alternativa al sistema actual de revestimiento templado del cilindro que está en contacto con la superficie relativamente lisa del casquillo o cojinete, sería tener ambas superficies revestidas con un revestimiento templado. Este sistema resistiría la abrasión, pero las superficies revestidas también deberían tener poca fricción y ser resistentes al desgaste adhesivo cuando se desplazan una contra la otra.

Los efectos de fatiga en un revestimiento frecuentemente han estado relacionados con el esfuerzo de rotura (STF, del inglés "strain-to-fracture") del revestimiento; es decir, el grado hasta el que se puede estirar el revestimiento sin que se agriete. STF se ha relacionado, en parte, con la tensión residual de un revestimiento. Las tensiones de tracción residuales reducen las tensiones de tracción externas adicionales que se deben cargar sobre el revestimiento para agrietarlo, mientras que las tensiones compresivas residuales aumentan la tensión de tracción adicional que se debe cargar sobre el revestimiento para agrietarlo. Típicamente, cuanto mayor es el STF del revestimiento, menor es el efecto negativo del revestimiento sobre las características de fatiga del sustrato. Esto es cierto porque el agrietamiento de un revestimiento bien unido se puede propagar al sustrato, iniciando una grieta por fatiga y últimamente una rotura por fatiga. Desafortunadamente, la mayoría de los revestimientos por pulverización térmica tienen un STF muy limitado, incluso si están hechos de metales puros, de los que normalmente se esperaría que fueran muy dúctiles y se deformaran plásticamente fácilmente antes que agrietarse.

Los revestimientos por pulverización térmica producidos con bajas o moderadas velocidades de partículas durante la deposición, típicamente tienen una tensión de tracción residual que puede conducir al agrietamiento o exfoliación del revestimiento si ésta se hace excesiva. Las tensiones de tracción residuales también conducen usualmente a una reducción en las propiedades de fatiga del componente revestido por reducción del STF del revestimiento. Algunos revestimientos fabricados con altas velocidades de partículas, particularmente revestimientos con pistola de detonación y "Super D-Gun" con velocidades de partículas muy altas durante la deposición pueden tener tensiones compresivas residuales de moderadas a altas. Esto es especialmente cierto en los revestimientos con base de carburo de wolframio. Las grandes tensiones compresivas pueden afectar beneficiosamente a las características de fatiga del componente revestido. Las grandes tensiones compresivas, pueden, sin embargo, conducir al desportillado del revestimiento cuando se trata de revestir bordes afilados o formas geométricas similares. Así puede ser difícil sacar ventaja de las superiores propiedades físicas de los revestimientos con pistola de detonación y "Super D-Gun", tales como dureza, densidad y resistencia al desgaste, cuando se revisten tales configuraciones.

Sumario de la invención

Ahora, según la presente invención, se proporcionan revestimientos que satisfacen los requerimientos de resistencia al desgaste y a la corrosión para muchas aplicaciones incluyendo, pero no limitadas a, los ejemplos descritos de componentes de válvulas de compuerta y esféricas y componentes del tren de aterrizaje de un avión. Además de resistencia al desgaste y la corrosión, estos revestimientos deben tener también bajas tensiones residuales y alto STF para tener poco o ningún efecto sobre las propiedades de fatiga de los componentes revestidos y hacer posible producir revestimientos gruesos y revestir formas complejas.

La presente invención se basa en el descubrimiento de que un revestimiento pulverizado térmicamente de una mezcla de un material de carburo de wolframio-cobalto-cromo y una aleación de cobalto metálico, proporciona la baja fricción y la superior resistencia al desgaste y la corrosión requeridas para las válvulas de compuerta que operan a presión muy alta con accionadores neumáticos, para los cilindros del tren de aterrizaje de un avión y para muchas otras aplicaciones. Los revestimientos depositados deben no sólo tener una fricción, características de desgaste y corrosión excelentes, sino además tener una alta fuerza de unión a distintos sustratos metálicos y deben tener relativamente baja tensión residual. Se puede emplear cualquier procedimiento de deposición por pulverización térmica que genere velocidades de partículas adecuadas para producir un revestimiento bien unido, denso.

Los revestimientos de esta invención se producen mediante deposición por pulverización térmica. Es bien conocido que los materiales que son pulverizados térmicamente se enfrían rápidamente sobre el sustrato. Esto puede dar como resultado la formación de fases cristalográficas metaestables o incluso en algunos casos materiales amorfos. Por ejemplo, el polvo de alfa alúmina normalmente se funde completamente durante el procedimiento de pulverización y después se deposita como una mezcla de fases gamma, alfa y otras. También pueden tener lugar cambios composicionales secundarios durante el procedimiento de pulverización térmica como resultado de la reacción con gases ambientales o con los gases de pulverización térmica o como resultado de la evaporación diferencial de uno de los constituyentes del material que se está pulverizando. Lo más frecuente es que la reacción sea de oxidación por la exposición al aire o de carburación si se emplea gas fuel como en la deposición con pistola de detonación o la deposición con oxi-fuel a alta velocidad. Se puede encontrar una discusión más completa de la deposición por pulverización térmica en las siguientes publicaciones: Thermal Spray Coatings, R. C. Tucker, Jr., en Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, segunda edición, R. F. Bunshah, ed., Noyes Publications, 1994, págs. 591 a 639; Thermal Spray Coatings, R. C. Tucker, Jr., en Surface Engineering ASM Handbook volumen 5, 1994, ASM International, págs. 497 a 509; M. L. Thorpe, Journal of Thermal Spray Technology, volumen 1, 1992, págs. 161 a 171.

Uno de los constituyentes principales de los revestimientos de esta invención es el carburo de wolframio. La mayoría de los polvos de carburo de wolframio usados en pulverización térmica son o WC o una combinación de WC y W_{2}C. Pueden estar presentes otras fases. En el polvo, los carburos de wolframio se combinan la mayoría de las veces con cierta cantidad de cobalto para facilitar el fundido y para añadir fuerza cohesiva a los revestimientos. Ocasionalmente también se añade cromo para la resistencia a la corrosión u otros propósitos. Como ejemplos, cobalto o cobalto más cromo se pueden combinar simplemente con el carburo en un polvo secado por pulverización y sinterizado con la mayoría del cobalto o cobalto más cromo presentes todavía como metales. También se pueden combinar con el carburo en un polvo colado y triturado con parte del cobalto o cobalto más cromo habiendo reaccionado con el carburo. Cuando se pulverizan térmicamente, estos materiales se pueden depositar como distintas composiciones y formas cristalográficas. Los términos carburo de wolframio o WC, como se usan en esta memoria, significarán cualquiera de las formas cristalográficas o composicionales del carburo de wolframio. Los términos carburo de wolframio-cobalto, carburo de wolframio-cobalto-cromo, WC-Co o WC-Co-Cr significarán cualquiera de las formas cristalográficas o composicionales de las combinaciones del carburo de wolframio con cobalto o cobalto más cromo. Otro de los constituyentes de los revestimientos de esta invención es una aleación de cobalto. El término aleación de cobalto, como se usa en esta memoria, incluirá cualquiera de las formas cristalográficas de cualquier aleación de cobalto.

Descripción de las realizaciones preferidas

La composición química de los polvos de la invención comprende una mezcla de un material carburo de wolframio-cobalto-cromo y una aleación de cobalto metálico como se describe en la reivindicación 1. Nótese que todas las composiciones en esta memoria están en porcentaje en peso sin incluir los inevitables contaminantes traza. Preferiblemente el material carburo de wolframio-cobalto-cromo comprende carburo de wolframio-5 a 20 de cobalto y 0 a 12 de cromo, lo más preferiblemente aproximadamente 8 a 13 de cobalto y 0 ó 4 a 10 de cromo. La aleación metálica es una aleación de cobalto con una composición que comprende en porcentaje en peso 27 a 29 de cromo, 5 a 11 de wolframio, 0,5 a 1,5 de carbono, y el resto cobalto - particularmente preferida es una aleación de cobalto que tiene una composición nominal que comprende cobalto-28 de cromo-8 de wolframio- 1 de carbono (nominalmente Stellite 6); o una composición que comprende en porcentaje en peso, 25 a 31 de molibdeno, 14 a 20 de cromo, 1 a 5 de silicio, menos de 0,08 de carbono y el resto cobalto - particularmente preferida es una aleación de cobalto que tiene una composición nominal de cobalto-28 de molibdeno-17 de cromo-3 de silicio-menos de 0,08 de carbono (nominalmente Triballoy 800). La mezcla comprende 5 a 35 de aleación de cobalto metálico, preferiblemente 10 a 30 de aleación de cobalto metálico. El material carburo de wolframio-cobalto-cromo preferiblemente se fabrica con la técnica del polvo colado y triturado cuando el contenido de cromo es aproximadamente cero y mediante un procedimiento de sinterización cuando el contenido de cromo es de 2 a 12. La aleación de cobalto metálico se produce preferiblemente mediante fundido a vacío y atomizado en un gas inerte. Si ha de usarse un procedimiento de deposición con pistola de detonación para producir el revestimiento, el polvo de carburo de wolframio-cobalto, preferiblemente debe tener un tamaño menor que 44 micrómetros (malla 325 de tamiz estándar de EE.UU.) y la aleación de cobalto metálico debe tener un tamaño menor de 60 micrómetros (malla 270), pero mayor que 44 micrómetros (malla 325) por tamizado. Si se han de usar otras técnicas de deposición por pulverización térmica, se debe dar a los polvos el tamaño apropiado.

La invención es además un procedimiento para producir un revestimiento de baja fricción, resistente al desgaste y la corrosión que comprende las etapas de:

a)

formar una composición de alimentación en polvo que comprende una mezcla de material carburo de wolframio-cobalto y una aleación de cobalto metálico; y

b)

depositar térmicamente, preferiblemente con una velocidad de partículas mayor que 500 m/s, dicha alimentación en polvo de la etapa a) sobre un componente formando un revestimiento que comprende un carburo de wolframio-cobalto mezclado con una aleación de cobalto metálico.

Normalmente, la mezcla del material WC-Co-Cr y la aleación de cobalto se hace en forma de polvo antes de cargarlo en el dispensador de polvo del sistema de deposición por pulverización térmica. Sin embargo, se puede hacer usando un dispensador de polvo separado para cada uno de los constituyentes y alimentado cada uno a una velocidad apropiada para alcanzar la composición deseada en el revestimiento. Si se emplea este método, los polvos pueden inyectarse en el dispositivo de pulverización térmica aguas arriba de la boquilla, a través de la boquilla o en el efluente aguas abajo de la boquilla.

Para producir los revestimientos de esta invención se puede usar cualquier procedimiento de deposición por pulverización térmica que genere suficiente velocidad del polvo (generalmente mayor que aproximadamente 500 metros/segundo) para lograr una microestructura del revestimiento bien unida, densa, con una gran fuerza cohesiva. La técnica de pulverización térmica preferida es el procedimiento con pistola de detonación (por ejemplo, como se describe en las patentes de EE.UU. 2.714.563 y 2.972.550) con una velocidad de partículas mayor que aproximadamente 750 m/s, y lo más preferiblemente el procedimiento con pistola "Super D-Gun" (por ejemplo, como se describe en la patente de EE.UU. 4.902.539), con una velocidad de partículas mayor que aproximadamente 1.000 m/s. El último procedimiento produce un revestimiento algo más denso, mejor unido con mayor fuerza cohesiva que es más liso al depositarlo que el anterior. Ambos producen revestimientos con fuerzas de unión muy altas y una densidad mayor que 98 por ciento, medida metalográficamente. Métodos alternativos de deposición por pulverización térmica pueden incluir procedimientos de deposición por pulverización con plasma, oxi-fuel de alta velocidad y aire-fuel de alta velocidad.

La invención también comprende componentes que tienen un revestimiento resistente al desgaste de esta invención incluyendo, pero no limitados a, válvulas de compuerta o esféricas en las que las superficies de sellado de los asientos y/o la esfera o la compuerta están revestidas y los componentes del tren de aterrizaje de un avión en los que los cilindros o sus superficies de acoplamiento (casquillos o cojinetes) están al menos parcialmente revestidos, siendo dicho revestimiento un revestimiento de baja fricción, resistente al desgaste y la corrosión que comprende una mezcla de material carburo de wolframio-cobalto-cromo y una aleación de cobalto metálico.

Los siguientes ejemplos se proporcionan para describir adicionalmente la invención. Se pretende que los ejemplos sean de naturaleza ilustrativa y no se han de interpretar como limitantes del alcance de la invención.

Ejemplo 1

Se ha desarrollado un ensayo de laboratorio de desgaste para evaluar materiales para usar en válvulas de compuerta como materiales o revestimientos del asiento o la compuerta. Una placa de aproximadamente 152 mm de largo, 76 mm de ancho y 13 mm de grueso representa la compuerta. Tres pernos de aproximadamente 6,35 mm de diámetro representan los asientos. Tanto la placa como los pernos pueden fabricarse del mismo material sólido del que se harían los asientos y compuertas o del que tuvieran revestidas las superficies de acoplamiento (una cara de 76 x 152 mm de la placa o los extremos planos de los pernos). Los pernos se sostienen en un accesorio de fijación que asegura que un extremo de cada perno se sostiene contra la placa en una disposición anular con un diámetro de aproximadamente 75 mm con la misma presión de 112,47 MPa (16.300 psi) en cada perno. Después el accesorio de fijación se hace oscilar en un arco de aproximadamente 100 grados. Unos sensores permiten el calculo de la velocidad de los pernos y el coeficiente de fricción dinámico. Cada oscilación se considera un ciclo. Los pernos y la placa se evalúan periódicamente durante el ensayo. La duración del ensayo es típicamente 25 ciclos. La evaluación de la resistencia al desgaste se hace usualmente cualitativamente en este ensayo basada en el aspecto general de las marcas de desgaste tanto de los pernos como de la placa. Se obtiene un valor numérico del coeficiente de fricción dinámico, pero se considera un valor relativo, específico de este ensayo. La velocidad de los pernos relativa a la placa que se logra en el ensayo es una indicación de la fuerza de fricción y aspereza general debida al desgaste. Así, cuanto mayor es la velocidad alcanzada, menor es la fuerza de fricción y más lisas permanecen las superficies.

Es necesaria una correlación entre los resultados del ensayo de laboratorio y el rendimiento en la producción real o campo de uso para emplear tal ensayo en el examen materiales para usar en el campo. El comportamiento de asientos de Stellite 3 colado en contacto con compuertas revestidas con UCAR LW-45 está bien establecido en el campo. Este acoplamiento, por tanto, ha sido usado como evaluación comparativa en el ensayo de laboratorio. Una evaluación comparativa adicional es la de revestimientos de UCAR LW-45 tanto en los pernos como en la placa, ya que este acoplamiento se considera que es la evaluación comparativa actual en servicio de la industria.

Diversas placas de acero se revistieron con el revestimiento con pistola de detonación UCAR LW-45, después se pulieron y se lavaron hasta que su grosor fue de 100 a 200 micrómetros (0,004 a 0,008 pulgadas) y la aspereza superficial menor que 8 micrómetros de rugosidad media. Diversos pernos de acero se revistieron con UCAR LW-45, UCAR LC-1C, un revestimiento de aleación Stellite 6 con pistola "Super D-Gun" (SDG Stellite 6), y revestimiento con pistola "Super D-Gun" de esta invención designado en esta memoria SDG A. Las composiciones específicas de estos materiales fueron las siguientes:

colada de Stellite 3	Co-30,5_Cr-12,5_W
UCAR LW-45	WC-10Co-5Cr
UCAR LC-1C	Carburo de cromo-20 (Ni-20Cr)
SDG Stellite 6	Co-28Cr-8E-1C
SDG A	WC-9Co + 25 (Co-28Cr-8W-1C)

Los revestimientos de los pernos y los pernos de Stellite 3 colado también se pulieron y lavaron hasta un espesor del revestimiento de 100 a 200 micrómetros (0,004 a 0,008 pulgadas) y una aspereza superficial menor que 8 micrómetros de rugosidad media.

El ensayo de laboratorio se llevó a cabo utilizando estos materiales de los pernos en contacto con las placas revestidas con UCAR LW-45 con los resultados que se muestran en la siguiente tabla.

Fricción

Material del perno	Velocidad	Valor	Desgaste
Stellite 3 colado	30,5	2,3	Línea base-moderado
	30,5	2,1	Línea base-moderado
UCAR LW-45	54,9	1,8	Línea base
	48,8	1,9	Línea base
SDG Stell 6	45,7	2,1	Similar a línea base
UCAR LC-1C	51,8	2,1	Línea base
SDG A	48,8	1,3	<<Línea base-ligero
	61,0*	0,5*	<<Línea base-ligero
*la placa era algo más lisa en esta prueba

La medida de la velocidad está en m/s. Tanto la medida de la velocidad como el valor del coeficiente de fricción dinámico relativo mostrados en la tabla son valores medios aproximados para los 12 a 25 ciclos, y representan el comportamiento estabilizado del acoplamiento de desgaste. Es evidente que el revestimiento de Stellite 6 con pistola "Super D-Gun" se comporta mejor que el revestimiento de línea base en este ensayo. Sin embargo, el nuevo revestimiento de esta invención, SDG A, se comporta mucho mejor que tanto los revestimientos de línea base y Stellite 6.

Ejemplo 2

Un ensayo común para la resistencia a la corrosión de los materiales es un ensayo de pulverización salina definido por un estándar de la American Society for Testing and Materials, ASTM B 117. En este ensayo las muestras se exponen a una niebla salina pulverizada durante un período de 30 días a una temperatura de 33,3 a 36,7ºC (92 a 97ºF). El comportamiento de un revestimiento de esta invención, SDG A, descrito en el Ejemplo 1, se evaluó revistiendo una muestra de acero AISI 4140 que tenía 76 mm de ancho, 127 mm de largo y 12,5 mm de espesor en la mayor parte de una de las caras de 76 x 127 mm. Una fracción de la cara se dejó sin revestir para simular el corte o línea de covertura presente en muchas compuertas de válvula. Se aplicaron dos espesores de revestimientos. Los revestimientos se sellaron empleando un sellante con base epoxídica. Finalmente, los revestimientos se pulieron hasta un espesor de 100 a 130 micrómetros, representando el espesor típico en una parte nueva o hasta un espesor de 250 a 280 micrómetros, representando el espesor en una parte ya trabajada. Las muestras se sometieron al ensayo. Después de los 30 días de exposición, las muestras se limpiaron y examinaron. No hubo evidencia de corrosión general, ni en forma de picaduras ni de grietas en el revestimiento. En contraposición, las zonas del acero sin revestir se corroyeron seriamente, como era de esperar.

Mientras que el ensayo de pulverización salina precedente es muy útil para examinar materiales en cuanto a muchas aplicaciones de corrosión, no representa de manera adecuada las situaciones en las que está presente una cantidad significativa de ácido clorhídrico. En estas situaciones, la aleación con base de cobalto usada en SDG A puede resultar atacada. Una mejor elección en estas situaciones puede ser un revestimiento similar a SDG A, pero con el material WC-Co modificado de manera que incluya de 4 a 12 Cr o un revestimiento que comprenda WC-Co-Cr + 25 (Co-28Mo-17Cr-3Si)-<0,08C).

Ejemplo 3

La resistencia al desgaste abrasivo de los materiales se caracteriza con frecuencia empleando el ensayo de la rueda de caucho con arena seca ASTM G 65-94. Este ensayo es útil en materiales que se pueden clasificar jerárquicamente por su resistencia al desgaste abrasivo en aplicaciones tales como juntas o cojinetes en los que las partículas abrasivas pueden llegar a incrustarse en la superficie de la junta o del cojinete. Así los resultados del ensayo pueden ser útiles para seleccionar materiales para cilindros de los trenes de aterrizaje de los aviones, en los que arena u otras partículas duras pueden quedar atrapadas en la superficie de bronce del cojinete. Seis revestimientos con pistola de detonación de esta invención se aplicaron a muestras de ensayo de acero AISI 1018 empleando un único polvo con una composición de WC-9Co + 25 (Co-28Cr-8W-1C). Las microestructuras y propiedades mecánicas de los revestimientos se variaron un poco variando los parámetros de deposición. Los revestimientos se designaron SDG B, C, D, E, F y G. Los ensayos de desgaste se llevaron a cabo a una velocidad de 144 m/min bajo una carga de 130 N (30 libras) durante 3.000 revoluciones de la rueda que tenía una capa exterior de poliuretano en contacto con la muestra de ensayo revestida. Arena de sílice de Ottawa con un tamaño nominal de 212 micrómetros (0,0083 pulgadas) se alimentó a la zona de agarre entre la rueda y la muestra de ensayo. Las marcas de desgaste se midieron por pérdida de peso de la muestra revestida convertida en pérdida de volumen y expresada como pérdida media por 1.000 revoluciones.

Revestimiento	Vol. de la marca, mm^{3}/1.000rev
SDG B	3,61
SDG C	3,69
SDG D	4,83
SDG E	4,85
SDG F	4,96
SDG G	4,69
UCAR LW-45	1,5
UCAR LC-1C	3,88
WC-Co pulverizado con plasma	5,6
Cr electrochapado	8 a 10

Es evidente que los revestimientos de esta invención tienen una resistencia al desgaste abrasivo que es sustancialmente mayor que la del cromo templado electrochapado. Así serían excelentes reemplazos, basándose en esto, para cromo templado electrochapado en aplicaciones tales como los revestimientos de los cilindros en el tren de aterrizaje de un avión si se dan otras condiciones. En este ensayo los revestimientos de esta invención tienen menos resistencia al desgaste que el revestimiento con pistola de detonación UCAR LW-45, pero esto era de esperar por la mayor fracción en volumen de carburo de wolframio en UCAR LW-45. Sorprendentemente, tienen una resistencia sustancialmente mayor que el pulverizado con plasma análogo de UCAR LW-45. Son comparables en resistencia al desgaste al revestimiento UCAR LC-1C de carburo de cromo con pistola de detonación.

Ejemplo 4

Se determinaron las características de tensión residual de los revestimientos de esta invención descritos en el Ejemplo 3 y se compararon con otros revestimientos con tiras Almen de revestimientos y midiendo sus deflexiones. El ensayo es una modificación del descrito en US Military Specification for shot peening Mil F-13165B. Una deflexión positiva indica una tensión de tracción residual en el revestimiento, mientras que un valor negativo indica una tensión compresiva. Las muestras de ensayo Almen se hicieron con acero AISI 1070 tratado con calor hasta una dureza HRA 72,5 a 76. Tenían 76,2 x 19,05 x 0,79 mm (3 x 0,75 x 0,031 pulgadas) estaban revestidas en una de las caras de 76,2 x 19,05 mm con un revestimiento de aproximadamente 300 mm de espesor. El esfuerzo de rotura (STF) de los revestimientos se determinó revistiendo barras de acero AISI 4140 de 25,4 x 1,27 x 0,635 cm (10 x 0,5 x 0,25 pulgadas) tratado con calor hasta HRC 40 en una de las caras de 25,4 x 1,27 cm hasta un espesor de 300 micrómetros y después doblando las barras en un accesorio de ensayo de doblado de cuatro puntos. El comienzo de la fractura se detectó con un sensor sónico unido a la barra. El STF es un valor sin unidades que se expresa en mm/cm o decenas de un porcentaje.

Revestimiento	Almen, mm	STF, mm/cm
SDG B	+ 0,025	0,037
SDG C	- 0,178	0,054
SDG D	- 0,178	0,057
SDG E	- 0,064	0,046
SDG F	- 0,241	0,059
SDG G	- 0,229	0,058
SDG WC-15Co	- 0,622	0,06
SDG WC-10Co	- 0,165	0,028
D-Gun WC-15Co	- 0,041	0,028

Considérese primeramente si los datos de deflexión Almen como una indicación de la tensión residual. Es evidente que las tensiones residuales en los revestimientos de esta invención son bastante bajas y pueden variar de ser de tracción muy ligera a ser algo compresivas, cambiando los parámetros de deposición, al menos cuando se usa deposición con pistola "Super D-Gun". Esto implica que revestir formas complejas tales como bordes finos no debería ser un problema y que los revestimientos gruesos se pueden depositar sin agrietamiento ni exfoliación. Considérese a continuación que los datos de STF, que es un indicador del efecto del revestimiento sobre las propiedades de fatiga del sustrato; es decir, un STF alto generalmente es una indicación de que el revestimiento tendrá poco efecto sobre las propiedades de fatiga del sustrato. Nótese que el revestimiento D-Gun WX-15Co tiene un bajo STF (aunque tiene una tensión compresiva residual muy baja) y se sabe que tiene un efecto significativo en detrimento de las propiedades de fatiga de los sustratos de acero, aluminio y titanio. El revestimiento de WC-10Co con pistola "Super D-Gun" tiene una tensión compresiva residual algo mayor, pero no mejor STF. El revestimiento de WC-15Co con pistola "Super D-Gun" tiene un STF significativamente mayor y se sabe que tiene un efecto muy pequeño o nulo en las propiedades de fatiga de los sustratos de acero, aluminio o titanio. Sin embargo, se consigue sólo con una tensión compresiva residual muy alta, que hace que revestir formas complejas o conseguir revestimientos gruesos sea difícil. Por el contrario, los revestimientos de esta invención se pueden depositar en condiciones que dan lugar a revestimientos con alto STF y tensión compresiva residual relativamente baja. Esto sugiere que los revestimientos tendrán poco efecto en las propiedades de fatiga del sustrato y todavía se pueden aplicar sin dificultad a formas complejas y ser bastante gruesos. Estos atributos deberían hacerlos muy útiles en componentes sensibles a la fatiga tales como los componentes del tren de aterrizaje de un avión.

Claims (7)

1. Una composición en polvo para pulverización térmica que consiste en una mezcla de material carburo de wolframio-cobalto que comprende en porcentaje en peso 5 a 20 de Co y 0 a12 de cromo, siendo el resto carburo de wolframio y 5 a 35 por ciento en peso de una aleación de cobalto que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de cromo, 5 a 11 de wolframio, 0,5 a 1,5 de carbono y el resto cobalto o que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de molibdeno, 14 a 20 de cromo, 1 a 5 de silicio, menos de 0,08 de carbono y el resto cobalto.

2. La composición en polvo de la reivindicación 1, en la que la mezcla comprende 10 a 30 por ciento en peso de la aleación de cobalto.

3. La composición en polvo de la reivindicación 1, en la que el material de carburo de wolframio-cobalto comprende carburo de wolframio, 8 a 13 por ciento en peso de cobalto y 4 a 10 por ciento en peso de cromo.

4. Un procedimiento para producir revestimientos que comprende las etapas de:

A)

formar una composición de alimentación en polvo que consiste en una mezcla de material carburo de wolframio-cobalto que comprende en porcentaje en peso 5 a 20 de Co y 0 a 12 de cromo, siendo el resto carburo de wolframio y 5 a 35 por ciento en peso de una aleación de cobalto que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de cromo, 5 a 11 de wolframio, 0,5 a 1,5 de carbono y el resto cobalto o que comprende en porcentaje en peso 25 a 31 de molibdeno, 14 a 20 de cromo, 1 a 5 de silicio, menos de 0,08 de carbono y el resto cobalto; y

B)

depositar térmicamente dicha composición de alimentación en polvo sobre un componente formando un revestimiento que comprende carburo de wolframio-cobalto mezclado con una aleación de cobalto metálico.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la velocidad de las partículas durante la deposición térmica es mayor que 500 m/s.

6. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el material carburo de wolframio-cobalto y los polvos de aleación de cobalto se mezclan antes de colocarlos un dispensador de polvo para deposición por pulverización térmica.

7. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que material carburo de wolframio-cobalto y los polvos de aleación de cobalto se colocan en dispensadores de polvo separados para deposición por pulverización térmica.