ES2255131T3 - Proceso de metalizacion en frio para formar una pelicula con estructura policristalina de zinc-hierro mediante proyeccion mecanica de un material compuesto. - Google Patents
Proceso de metalizacion en frio para formar una pelicula con estructura policristalina de zinc-hierro mediante proyeccion mecanica de un material compuesto.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE PLAQUEADO SECO EN FRIO DE ELEVADA EFICIENCIA, PARA FORMAR UNA PELICULA DE ALEACION DE ZINC ESTRUCTURADA, POLICRISTALINA SOBRE SUSTRATOS METALICOS, MEDIANTE PROYECCION DE UN MATERIAL COMPUESTO. SE DESCRIBE UN PROCEDIMIENTO DE PLAQUEADO EN SECO Y EN FRIO QUE UTILIZA UN MATERIAL COMPUESTO, DESCRITO COMO PARTICULAS NUCLEARES DE HIERRO ENCAPSULADAS POR UNA ALEACION DE ZINC, CONTENIENDO DICHO MATERIAL COMPUESTO DE 45 A 80 % DE ZINC. DICHO PROCESO PROPORCIONA UN RENDIMIENTO INCREMENTADO Y UN TIEMPO DE TRATAMIENTO CORTO, CON UNA GRAN CANTIDAD DE ZINC QUE EXPERIMENTA UNA FUERTE ADHERENCIA SOBRE SUPERFICIES METALICAS.
Description
Proceso de metalización en frío para formar una
película con estructura policristalina de
zinc-hierro mediante proyección mecánica de un
material compuesto.
La invención describe un nuevo proceso de
metalización seca con alta eficacia empleado para formar con
alto rendimiento, en poco tiempo, una película importante de aleación de zinc-hierro de estructura policristalina
en la superficie de substratos metálicos; principalmente hierro, aleaciones de hierro, acero inoxidable y tita-
nio.
alto rendimiento, en poco tiempo, una película importante de aleación de zinc-hierro de estructura policristalina
en la superficie de substratos metálicos; principalmente hierro, aleaciones de hierro, acero inoxidable y tita-
nio.
El recubrimiento de la superficie metálica se
obtiene mediante proyección mecánica de material compuesto
seleccionado en condiciones definidas, a fin de reducir el tiempo de
tratamiento, de disminuir la formación de polvo, y de aumentar
globalmente el rendimiento del tratamiento.
El método de metalización mecánica convencional
para formar una película de zinc en la superficie de substratos
metálicos se describe en patentes previas, patente de EE.UU.
4.655.832 y patente de EE.UU. 4.714.622; estos métodos emplean ambos
una mezcla de proyectiles de aleación de zinc y acero o un material
de eyección que se proyecta o se descarga sobre el substrato.
En todos los métodos descritos anteriores de
metalización seca, el tiempo de tratamiento es largo, las eyecciones
de material son múltiples, el rendimiento de la transferencia del
zinc o de la aleación de zinc a la superficie del substrato es bajo,
y los procesos descritos anteriores generan excesivamente elevadas
cantidades de residuos.
Se ha descubierto que algunos de los principales
factores que influyen directamente sobre la eficacia de los procesos
son: (1) la naturaleza del material empleado para la metalización
seca de zinc; y (2) el proceso de proyección del material de
eyección sobre el substrato.
Conforme a un primer aspecto de la presente
invención se ha proporcionado un proceso de metalización seca fría,
que comprende la proyección de un material compuesto, que se compone
de una mezcla de partículas de aleación de hierro
mono-núcleo encapsuladas por una aleación de zinc
hierro y de partículas poli-núcleos, que comprenden
una aleación de zinc hierro encapsulando varias partículas de
aleación de hierro a fin de formar una película policristalina de
aleación de zinc-hierro sobre substratos
metálicos.
El proceso de metalización seca fría descrito más
adelante es de interés en el tratamiento de superficies metálicas,
ya que las condiciones en seco de proceso no causan y no requieren
eliminación de agua residual (método de
electro-galvanizado). La cantidad de substratos
metálicos tratados mediante el método de metalización seca fría ha
estado limitada en el pasado, debido a un rendimiento
inadecuadamente bajo del proceso:
- (a)
- el sistema de metalización seca actual que emplea las potencias de eyección convencionales produce la formación de una cantidad significativa de polvo de zinc;
- (b)
- el equipo de metalización seca actual necesita un sistema de purificación continuo del polvo de eyección durante el proceso y necesita la eliminación del polvo de zinc para evitar explosiones de polvo;
- (c)
- el sistema continuo de separación de polvo y de purificación de partículas de polvo de eyección produce un bajo rendimiento para el proceso y largos tiempos de tratamiento.
Se ha descrito e ilustrado más adelante un método
mejorado para proyectar un polvo de eyección seleccionado, llamado
material compuesto, para la metalización seca fría de substratos
metálicos, en donde el proceso mejorado para la aplicación de
material compuesto emplea alta energía mecánica para provocar un
impacto eficaz del material compuesto sobre la superficie del
substrato para una elevada adherencia del zinc sobre la superficie
metálica;
y,
y,
en donde se optimiza el ángulo de proyección para
disminuir la cantidad de polvo de zinc producido durante el proceso
de proyección de alta energía;
en donde se minimiza la distancia de proyección
para tener una participación eficaz de las pequeñas partículas
contenidas en el material compuesto con mejorados impactos mecánicos
resultantes durante el proceso;
en donde la distancia de proyección y el ángulo
de proyección se ajustan singularmente para minimizar la producción
de polvo durante el proceso;
en donde la energía de eyección se ajusta
singularmente para tener una participación eficaz en la formación de
la película de las partículas pequeñas producidas durante el
proceso;
en donde las condiciones de trabajo se ajustan
para estar en condiciones seguras y sin riesgos, cuando se considera
y se evita la posibilidad de explosión de polvo;
en donde las condiciones de trabajo se ajustan
singularmente para crear el mínimo polvo de zinc durante el proceso,
polvo de zinc que se genera por impactos ineficaces de material
compuesto sobre los substratos metálicos, y por tanto, el
rendimiento global del proceso mejora mucho al minimizar los
residuos de polvo de zinc;
en donde la utilización de un proceso de
proyección de alta energía asociado con un ángulo de proyección
ajustado lleva al polvo de zinc generado a participar singularmente
en la formación de la película y a aumentar la eficacia de
adherencia global del proceso; y
en donde el ángulo de proyección está
comprendido, en general, entre 40 y 90º, aproximadamente,
preferiblemente entre 65 y 90º o, se obtienen mejores resultados,
entre 75 y 90º, aproximadamente.
En el método de la técnica previo de fabricación
de polvos de eyección, la aleación de zinc que rodea las partículas
de aleación de hierro se compone de varias fases diferentes sin
ningún control de la cantidad de estas fases diferentes en la
aleación de zinc. Esta técnica anterior de polvos de eyección
empleada para metalización seca se describe en la patente de Estados
Unidos nº. 5.354.579, donde se aplica un tratamiento térmico a los
polvos de eyección para aumentar la dureza DV de la aleación de zinc
alrededor del núcleo de aleación de hierro. El contenido de
aleación de zinc de los polvos de eyección descrito en las patentes
previas descritas más arriba es 42% máximo pero, en la práctica,
debido a dificultades para procesar la reducción del tamaño de
partícula, se pierde zinc, y en realidad los polvos de eyección
contienen sólo entre 32 y 40% de zinc. En vista de la técnica previa
anterior de arriba, se ha descubierto inesperadamente que se puede
obtener una película de aleación más gruesa en la superficie de
substratos metálicos con la utilización del material compuesto
descrito en la presente invención. Así, las superficies metálicas se
pueden tratar más eficaz y fácilmente; y la película de aleación de
zinc se puede formar eficazmente con una cantidad más pequeña de
material compuesto y con un número más pequeño de descargas, lo cual
reduce significativamente el coste del tratamiento de superficie a
través de la utilización de la presente invención.
Las cantidades en porcentaje (%) de todos los
ingredientes en la presente memoria están dadas en % en peso, a
menos que se indique lo contrario.
La Figura 1 y la Figura 1a ilustran el material
compuesto especial, conforme a la invención, el cual tiene, en
general, forma esférica con una estructura multicapa.
La Figura 2 muestra una comparación de la
eficacia adhesiva, comparando el tiempo de proyección para el
sistema de la técnica previo, frente a emplear la mejora de esta
invención; y esto se discutirá con más detalle más adelante, en la
sección de resultados. Números iguales en dibujos diferentes
ilustran elementos iguales.
Ejemplo
1
Se funden 50 kg de aleación de zinc, conteniendo
97% de Zn y 3% de aluminio (Al) y la temperatura se mantiene en
580ºC, aproximadamente.
A la fundición agitada se añaden 8 kg de
partículas de acero inoxidable (SUS 305) de un diámetro medio de 1,5
mm, aproximadamente. La mezcla se calienta luego hasta alcanzar
580ºC y se añaden 25 kg de partículas de aleación de hierro (la
Tabla 1, debajo, da la composición y el tamaño de partícula de las
partículas de aleación de hierro). La mezcla se agita durante 15
minutos y se saca del crisol de reacción en cuanto la viscosidad
aumenta por una refrigeración de aire rápida. El producto se tritura
y se criba por un tamiz de 1,0 mm de abertura. Todas las partículas
con un diámetro más grande que 1,0 mm son las partículas de acero
inoxidable añadidas a la aleación de zinc fundida.
La Tabla 2 indica la distribución de tamaño de
partícula y la composición química del material compuesto
producido.
| Partícula de Aleación de Hierro | Composición Química | |||||
| +500 \mu | 250 \mu | 150 \mu | Fe | C | Mn | |
| 1% | 63% | 36% | 97,7% | 0,8% | 1,0% |
| Tamaño de Partícula del Material Compuesto | Composición Química del Material Compuesto | |||||
| 1000 \mu | 250 \mu | 150 \mu | Zn | Fe | Al | |
| trazas | 88,2% | 11,5% | 67,5% | 31,4% | 2,1% |
Ejemplo
2
El material compuesto fabricado conforme a la
descripción de la presente invención de arriba, se compara con un
polvo de eyección disponible comercialmente con anterioridad,
empleando un descargador de aire (5 atm de presión de aire con
boquerel de 5 mm). La cantidad de material descargado es 500 g y la
distancia boquerel-substrato es 140 mm. La prueba
consiste en medir el depósito de la aleación de zinc sobre el
substrato después de distintos números de descargas. La cantidad de
aleación de zinc depositada sobre el substrato se mide mediante un
método gravimétrico: determinación del peso del substrato recubierto
seco antes y después de decapado alcalino.
La Tabla 3 indica la cantidad de película formada
en función del número de descargas empleando el material compuesto
de la presente invención y un producto comercial.
| Cantidad de Película (mg/dm^{2})/Número de Eyecciones | ||||||
| Número de Descargas | 1 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Material Compuesto de la Presente Invención | 151 | 174 | 193 | 196 | 160 | 148 |
| Producto Comercial | 157 | 127 | 105 | 94 | 78 | 69 |
El aluminio se añade en una cantidad que no
excede el 5% en peso del contenido en zinc, más preferiblemente el
3%, por dos razones: (1) el aluminio se absorbe preferiblemente
sobre la aleación de hierro, y reacciona para formar un compuesto
definido FeAl_{3}, actuando como una barrera de difusión, y limita
la reacción del hierro con la aleación de zinc líquida; y (2) el
segundo efecto del aluminio es mejorar la resistencia a la corrosión
de la película estructurada policristalina obtenida mediante el
método de metalización seca fría, empleando el material compuesto
inventivo descrito.
Cuando el material compuesto de esta invención se
emplea para metalización seca fría, se obtiene una película de
recubrimiento excelente con un fuerte anclaje al substrato, una
cantidad de recubrimiento alta, y una resistencia a la corrosión
superior, especialmente en substratos de hierro, aleación de hierro
acero inoxidable y titanio.
Se añade una sustancia inerte para un buen
control de la reacción para alear zinc a hierro, dentro de la
fundición de zinc que contiene 5%, o mejor 3%, de aluminio antes de
la adición de las partículas de aleación de hierro. La sustancia
inerte se define como un material que no se alea, o es difícil que
se alee con zinc o aleaciones de zinc, y con un punto de fusión más
alto que 700ºC.
La sustancia inerte se añade a la aleación de
zinc fundida en una proporción de, aproximadamente, 5 a 50% de la
preparación total del material compuesto, y preferiblemente dentro
del margen de, aproximadamente, 10% a 45% en peso.
La sustancia inerte tiene un tamaño de partícula
medio aproximadamente de 1,5 veces a 5 veces más grande
(preferiblemente de 2,5 a 4,5 veces, aproximadamente, más grande)
que las partículas de aleación de hierro empleadas para la reacción
y no tiene que reaccionar con ningún material que entre en la
composición del material compuesto.
En la presente invención, la sustancia inerte se
selecciona a partir del grupo que consiste en partículas de cerámica
y/o partículas de acero inoxidable.
Preferiblemente son partículas de acero
inoxidable. El tipo de partículas de acero inoxidable
particularmente adecuado para esta aplicación es acero inoxidable
tipo SUS 305.
La reacción para alear hierro a zinc para formar
una composición de aleación definida Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7}
encapsulando partículas de aleación de hierro se produce a una
temperatura entre 470ºC y 700ºC, aproximadamente, mediante la
adición de la sustancia inerte y más tarde, de las partículas de
aleación de hierro, al zinc fundido con una agitación eficaz. La
reacción continúa hasta que se observa un aumento de la viscosidad
de la mezcla de reacción; y en este momento, la mezcla de reacción
se enfría rápidamente para detener la reacción adicional de
aleación de zinc e hierro.
El aumento de la viscosidad de la mezcla de
reacción se debe a la disminución progresiva de la cantidad de
aleación de zinc fundida que está reaccionando con el hierro y
cristaliza en las partículas de aleación de hierro. Por tanto, las
partículas de aleación de hierro son rápidamente encapsuladas por la
aleación zinc-hierro y simultáneamente su diámetro
crece. La sustancia inerte añadida a la mezcla de reacción evita que
las partículas de aleación de hierro encapsuladas se mantengan
unidas y permite que la mezcla permanezca en un estado
semi-fluido. Cuando se observa el aumento de
viscosidad de la mezcla de reacción, indica que la mayoría del zinc
disponible para la reacción se ha transformado en Fe Zn_{13} y Fe
Zn_{7} y la reacción tiene que detenerse mediante enfriamiento
rápido. Si la reacción no se detiene en el momento justo, la
aleación de zinc e hierro continúa y la composición de aleación
zinc-hierro se hace más rica en hierro. Tal producto
tiene una pobre eficacia en un proceso de recubrimiento seco frío,
porque el contenido en zinc de la capa que encapsula la partícula de
aleación de hierro es bajo.
El método de metalización seca fría para formar
una película policristalina de aleación zinc-hierro
en substratos metálicos empleando un material compuesto consiste en
un proceso continuo de proyección del material compuesto descrito
sobre el substrato.
El proceso de proyección continua consiste en dar
suficiente energía al material compuesto, a fin de provocar un
impacto eficaz del material sobre el substrato y causar la
transferencia de la aleación zinc-hierro desde el
material compuesto hasta la superficie del substrato.
Una metalización seca fría continua consiste en
un sistema eficaz de proyección del material compuesto con una
separación magnética de las partículas de aleación de hierro después
de la transferencia de toda la aleación de zinc al substrato.
El diseño del sistema de proyección del material
compuesto se hace de tal manera que se minimice la distancia entre
el sistema de proyección y la superficie del substrato, y que tenga
un ángulo de proyección preferido del material compuesto sobre la
superficie cercano a 80-90º.
El diseño del equipo de recirculación de material
compuesto se realiza para tener una proyección continua de material
eficaz: por tanto, las partículas de material compuesto que han
transferido toda su aleación zinc-hierro al
substrato se separan magnéticamente y todas las partículas pequeñas
de un diámetro de 2 a 3 micras generadas por los impactos durante el
proceso de proyección se separan del material recirculado y se
confinan en un separador de polvo.
El material compuesto empleado para la
metalización seca fría es una mezcla de partículas de aleación de
hierro mono-núcleo encapsuladas por una aleación de
zinc hierro (llamadas simplemente partículas
mono-núcleo) y de aleación de
zinc-hierro encapsulando varias partículas de
aleación de hierro (llamadas simplemente partículas
poli-núcleos), Figura 1 y Figura 1a.
Como se describe específicamente en el ejemplo de
trabajo Nº. 1 arriba, cuando se compara con los polvos de eyección
convencionales anteriores, especialmente aquéllos que emplean zinc o
aleación de zinc como material de recubrimiento, el material
compuesto de esta invención tiene una adherencia más alta a la
superficie a tratar, puede formar una fuerte película de
recubrimiento estructurada policristalina con una cantidad de
recubrimiento más alta, y una composición definida de la aleación
zinc-hierro. A fin de lograr tales efectos, el
material compuesto debe satisfacer las condiciones especificadas
debajo.
El material compuesto se compone de partículas
mono-núcleo y partículas
poli-núcleos, las primeras consisten en una única
partícula de aleación de hierro encapsulada por una aleación de
zinc-hierro y las partículas del segundo tipo están
compuestas por varias partículas de aleación de hierro encapsuladas
por una aleación de zinc-hierro (véase la Figura 1 y
la Figura 1a).
El material compuesto tiene un contenido en zinc
total de entre 45% y 80%, un contenido en aluminio de entre 1,4 y
2,4% y una concentración total de los tres elementos cobre, magnesio
y estaño, de entre 2,3 y 4,0%, aproximadamente, (preferiblemente de
entre 2,5% y 3,8%, aproximadamente), completando el balance la
aleación de hierro e impurezas incidentales.
La aleación de zinc-hierro que
encapsula las partículas de aleación de hierro se compone de dos
compuestos definidos: Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7} que comprenden de
6% a 13% de Fe, no más de 5,0% de Al, y no más de 5% de Cu + Mg +
Sn; completando el balance Zn e impurezas incidentales.
Las partículas de aleación de hierro encapsuladas
tienen una composición química típica de Fe 97,7%, C 0,8%, Mn 1,0% y
una dureza Vickers microscópica de, al menos, 790 DV.
La forma de las partículas de aleación de hierro
tiene que estar libre de ángulos agudos, tiene que ser regular y con
múltiples caras; y mejor que sean esféricas.
Esta adición de una sustancia inerte al zinc o a
la aleación de zinc fundidos permite un buen control de la reacción
de difusión del hierro dentro de la aleación de zinc fundida,
conforme a la reacción:
\vskip1.000000\baselineskip
Zn ó
\hskip1cm+ Fe ==> Fe Zn_{13} + Fe Zn_{7}
\hskip4cmaleación de Zn
\hskip2,5cmZinc-aleación de zinc
\newpage
Las dos sustancias definidas y Fe Zn_{13} y Fe
Zn_{7} se desarrollan en la superficie de los núcleos de hierro o
de aleación de hierro y encapsulan la partícula de hierro o de
aleación de hierro por co-cristalización en el
núcleo de aleación de hierro.
Así, las partículas de hierro o de aleación de
hierro son encapsuladas por una capa homogénea de una aleación
zinc-hierro de composición definida que contiene
entre 6% y 13%, aproximadamente, de hierro.
La sustancia inerte actúa como un controlador de
la reacción y también impide o evita que las partículas encapsuladas
de hierro o de aleación de hierro se mantengan unidas firmemente.
Cuando la reacción de encapsulación termina, la mezcla de reacción
se enfría, se tritura y después, se muele; en esta etapa, la
sustancia inerte actúa como una ayuda para la separación de
partículas, y por tanto, permite la fabricación de un material
compuesto con una estrecha distribución de tamaño de partícula, en
el margen de 40 a 2000 micras, aproximadamente, con una capa de
aleación zinc-hierro uniforme cubriendo los núcleos
esféricos de hierro o de aleación de hierro.
Un material compuesto descrito como un polvo que
contiene partículas de aleación de hierro
mono-núcleo encapsuladas por una aleación de zinc
hierro y partículas de aleación de hierro
poli-núcleos dispersas en una aleación de
zinc-hierro, producido mediante un método conforme a
la presente invención, contiene una gran cantidad de aleación de
zinc-hierro y, por tanto, una gran cantidad de zinc
cuando se compara con el material de eyección convencional
anterior.
El método de metalización de aleación de zinc
seca fría se refiere a un proceso de proyección del material
compuesto sobre la superficie de un substrato a tratar, para
producir una transferencia de zinc o de aleación de zinc desde el
material compuesto hasta la superficie del substrato.
Las partículas del material compuesto colisionan
contra la superficie a tratar con una alta energía (alta velocidad).
La superficie del material compuesto que está en contacto directo
con el substrato está unida al substrato y separada del resto del
material compuesto. A fin de tener una buena transferencia de la
aleación de zinc hierro del material compuesto a la superficie del
substrato, es necesario que la fuerza de unión de la aleación de
zinc-hierro al substrato sea mayor que la fuerza de
ruptura de la aleación de zinc-hierro del material
compuesto. La transferencia mejora por la presencia de la capa de
desprendimiento de FeAl_{3} en el núcleo de hierro.
Se ha descubierto que el método de producción del
material compuesto logra singularmente este efecto de fuerza
diferencial entre la fuerza de unión de la aleación de
zinc-hierro a la superficie del substrato y la
fuerza de ruptura de la aleación de zinc-hierro del
material compuesto.
Este efecto se logra mediante un buen control de
la reacción que permite una composición definida de la aleación de
zinc-hierro: Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7}, en donde
durante el enfriamiento del material compuesto después de
fabricación, se producen fracturas intergranulares en los límites de
grano dentro de la estructura de la aleación de zinc hierro y, por
tanto, la fuerza de ruptura se reduce.
Cuanto más duras son las partículas de aleación
de zinc con un núcleo de aleación de hierro, más fácil es la
transferencia de la aleación de zinc al substrato: pero la
construcción de una película de aleación de zinc está limitada por
la abrasión debido a la dureza de la aleación de zinc. La dureza de
la aleación de zinc es adecuada para la fácil transferencia de
aleación de zinc desde el polvo de eyección hasta el substrato, pero
la dureza de la aleación de zinc es un factor significativo para la
limitación del alcance de la formación de la película de aleación de
zinc en el substrato.
Por tanto, cuando los polvos de eyección así
obtenidos se emplean para metalización mecánica, la cantidad de
aleación de zinc que se adhiere al substrato tienen una limitación:
cuando el número de aplicaciones aumenta, la cantidad de zinc que
puede fijarse en el substrato disminuye.
Tres factores principales están influyendo
directamente en el depósito de aleación de zinc:
- -
- cuanto más alta es la concentración de aleación de zinc en el polvo de eyección, más alta es la adherencia de aleación de zinc en el substrato;
- -
- cuanto más fino es el tamaño de partícula del polvo de eyección, más alto es el depósito de aleación de zinc; y
- -
- la composición química de la aleación de zinc-hierro que rodea los núcleos de aleación de hierro.
La cantidad de aleación de zinc depositada en el
substrato mediante metalización seca está actualmente limitada en
las técnicas previas anteriores, porque el contenido del polvo de
eyección está limitado al margen de 32 a 40%; la distribución de
tamaño de partícula es amplia y la composición de la aleación de
zinc no está realmente definida.
La formación de la película de aleación de zinc
hierro mejorada en substratos metálicos, conforme a esta invención,
emplea un proceso de metalización seca fría que implica un material
compuesto especial. El material compuesto especial tiene una forma
esférica con una estructura multicapa como se muestra en la Figura 1
(o la Figura 1a) de los dibujos. El núcleo esférico 1 está compuesto
de material de aleación de hierro. La capa 2 que encapsula el núcleo
de hierro esférico se define como FeAl_{3} y actúa como una capa
de desprendimiento para ayudar a la separación de la aleación de
zinc (capa 3) desde el núcleo de hierro esférico al substrato
metálico durante el proceso de metalización fría. La capa 3 se
compone de aleación de zinc hierro definida como una mezcla de Fe
Zn_{13} y Fe Zn_{7}.
El material de proyección empleado en el pasado
para metalización seca tiene los siguientes inconvenientes:
- a)
- el material de proyección no tiene forma definida, las partículas de hierro empleadas como núcleos son poligonales con ángulos agudos;
- b)
- el espesor de la capa de aleación de hierro que cubre los núcleos de hierro no es uniforme, y algunas partes de los núcleos de hierro no están cubiertos con aleación de zinc;
- c)
- la composición de la aleación de zinc hierro no está definida y el contenido en zinc del material de proyección está limitado.
Por tanto, cuando se emplean tales materiales de
proyección anteriores en metalización de película seca, la cantidad
de película de aleación de zinc formada está limitada: los ángulos
agudos de los núcleos de hierro desgastan la superficie y el
decapado de la película domina la formación de película, y se
generan cantidades significativas de polvo durante el proceso de
metalización.
La presente invención resuelve estos problemas
por la incorporación de lo siguiente:
- -
- material compuesto especial con un núcleo de hierro esférico;
- -
- material compuesto especial con una estructura multicapa;
- -
- un núcleo de hierro,
- -
- una capa de desprendimiento para facilitar la transferencia de aleación de zinc desde el material compuesto al substrato,
- -
- una composición definida de la aleación de zinc hierro como una mezcla de Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7}.
El material compuesto con una forma esférica de
núcleo de acero cubierto con una capa uniforme de una composición
definida de aleación de zinc hierro se proyecta sobre la superficie
a tratar con una velocidad de, al menos, 30 m/s (metros/segundo); y
preferiblemente dentro del margen de 30 a 100 m/s,
aproximadamente.
El impacto del material compuesto sobre la
superficie provoca una transferencia de aleación de zinc desde el
material compuesto a la superficie metálica; esta transferencia se
hace más fácil mediante la presencia de la capa 2 de desprendimiento
en el núcleo de hierro esférico.
Por el impacto, algunas partes de la capa de
aleación de zinc se desprenden del material compuesto y se revisten
en una línea de puntos sobre la superficie.
La mejora de esta invención hace el tratamiento
mucho más ventajoso, acorta el tiempo de tratamiento y reduce la
formación de polvo de aleación de zinc mediante el uso de núcleos de
partícula esféricos.
Se compara la eficacia de pegado de la técnica
previa y de la de después de la mejora bajo la misma condición de
prueba y los mismos trabajos (Véase la Figura 2).
| Modelo de prueba | : | 91511-80845 (Perno de brida M8) |
| Volumen de proyección | : | 100 kg |
| Condición | : | Revolución de rotor - 4200 rpm |
| Volumen de proyección - 150 kg/min |
La comparación del tiempo de proyección y el
volumen de pegado para el sistema de la técnica previo y el de
después de emplear la mejora de esta invención se muestra en la Fig.
2.
Con la mejora de la distancia y del ángulo de
proyección, las eficacias de pegado de inmediato y después de 40
horas usando esta invención muestran una mejora de 1,5 veces ó
150%.
- (1)
- La distancia de proyección se acortó en 90 mm, desde 600 mm hasta 510 mm.
- (2)
- El ángulo de proyección se mejoró en 4,6º, desde 41,9º hasta 46,5º.
En vista de la descripción de arriba, es evidente
que se puede obtener una película de aleación de zinc más espesa
sobre la superficie de substratos metálicos con el uso del material
compuesto descrito en la presente invención. Las superficies
metálicas se pueden tratar más fácilmente. La película de aleación
de zinc se puede formar eficazmente con una cantidad de material
compuesto más pequeña y con un número de descargas más pequeño, lo
que reduce significativamente el coste de tratamiento de
superficie.
Aunque será evidente que las realizaciones
preferidas de la invención descrita están bien calculadas para
cumplir los objetivos, los beneficios y/o las ventajas de la
invención, se entenderá que la invención es susceptible de
modificación, variación y cambio sin salirse del alcance pertinente
o del propósito legítimo de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un proceso de metalización seca fría que
comprende la proyección de un material compuesto, que se compone de
una mezcla de partículas de aleación de hierro
mono-núcleo encapsuladas por una aleación de zinc
hierro y de partículas poli-núcleos, que comprenden
una aleación de zinc hierro encapsulando varias partículas de
aleación de hierro a fin de formar una película policristalina de
aleación de zinc-hierro sobre substratos
metálicos.
2. Un proceso según la reivindicación 1, en donde
el equipo empleado para metalización seca fría se diseña para una
proyección continua de material compuesto, con una recirculación del
material compuesto después de la separación de las partículas de
reacción (partículas de aleación de hierro) y las partículas
finas.
3. Un proceso según la reivindicación 2, en
donde el equipo se diseña para minimizar la distancia de proyección
del material compuesto sobre la superficie del substrato y se diseña
para tener un ángulo de proyección del material compuesto al
substrato de 90º.
4. Un proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde dicha aleación
zinc-hierro encapsulando dichas partículas
mono-núcleo y poli-núcleos tiene una
composición definida como Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7}.
5. Un proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el material compuesto tiene
un contenido en zinc de entre 45% y 80% en peso.
6. Un proceso según la reivindicación 1,
en donde el equipo empleado para metalización
seca fría se diseña para una proyección continua de material
compuesto, con una recirculación del material compuesto después de
la separación de las partículas de reacción (partículas de aleación
de hierro) y las partículas finas,
en donde dicha aleación
zinc-hierro encapsulando dichas partículas
mono-núcleo y poli-núcleos tiene una
composición definida como Fe Zn_{13} y Fe Zn_{7},
en donde el material compuesto tiene un contenido
en zinc de entre 45% y 80% en peso, y
en donde el material compuesto tiene núcleos de
aleación de hierro esféricos.
7. Un proceso según la reivindicación 6, en donde
el equipo se diseña para minimizar la distancia de proyección del
material compuesto sobre la superficie del substrato y se diseña
para tener un ángulo de proyección del material compuesto al
substrato de entre 75º y 90º.
8. Un proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el material compuesto tiene
una estrecha distribución de tamaño de partícula, en el margen de 40
a 2000 micras.
9. Un proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde la aleación
zinc-hierro encapsulando los núcleos de aleación de
hierro tiene una composición definida y contiene de 6% a 13% en peso
de Fe.
10. A proceso según la reivindicación 1,
en donde el equipo empleado para metalización
seca fría se diseña para una proyección continua de material
compuesto, con una recirculación del material compuesto después de
la separación de las partículas de reacción (partículas de aleación
de hierro) y las partículas finas,
en donde la aleación zinc-hierro
encapsulando las partículas mono-núcleo y
poli-núcleos tiene una composición definida como Fe
Zn_{13} y Fe Zn_{7},
en donde el material compuesto tiene un contenido
en zinc de entre 45% y 80% en peso,
en donde el material compuesto tiene núcleos de
aleación de hierro esféricos,
en donde el equipo se diseña para minimizar la
distancia de proyección del material compuesto sobre la superficie
del substrato y se diseña para tener un ángulo de proyección del
material compuesto al substrato de 75º a 90º, y
en donde el material compuesto tiene una estrecha
distribución de tamaño de partícula, en el margen de 40 a 2000
micras, y
en donde la aleación zinc-hierro
encapsulando los núcleos de aleación de hierro contiene de 6% a 13%
en peso de Fe.
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