ES2284917T3 - Composicion pulverizable. - Google Patents

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ES2284917T3 ES02764453T ES02764453T ES2284917T3 ES 2284917 T3 ES2284917 T3 ES 2284917T3 ES 02764453 T ES02764453 T ES 02764453T ES 02764453 T ES02764453 T ES 02764453T ES 2284917 T3 ES2284917 T3 ES 2284917T3
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Karel Hajmrle
Antony Peter Chilkowich
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Abstract

Una composición pulverizable que comprende: un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo; y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.

Description

Composición pulverizable.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a composiciones pulverizables, en particular a composiciones pulverizables para usar en la formación de recubrimientos abrasibles, así como a sustratos metálicos recubiertos con dichos recubrimientos abrasibles.
Descripción de la técnica relacionada
Los sellantes abrasibles se han desarrollado originalmente para aplicaciones de motor de chorro. Recientemente, la tecnología desarrollada en el pasado se está adaptando al equipo rotatorio basado en tierra. Otros desafíos se encuentran en estas aplicaciones. Los motores de chorro usados en aplicaciones de aviones se están restaurando más a menudo que sus equipos homólogos basados en tierra. En el primer caso, la vida de servicio esperada es típicamente 5000-10.000 horas, mientras que en el último caso, la vida de servicio esperada es de al menos 50.000 horas y en muchos casos sustancialmente mayor. Esto impone nuevos requisitos sobre los recubrimientos basados en tierra, en concreto, durabilidad. En este respecto, los recubrimientos deben retener sus propiedades mecánicas, incluyendo abrasibilidad, incluso después de una larga exposición a elevadas temperaturas.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, bromo, hierro y silicio.
La presente invención proporciona también un recubrimiento abrasible formado sobre un sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende la etapa de depositar el recubrimiento abrasible sobre el sustrato metálico mediante pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo, y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio. El recubrimiento abrasible puede depositarse sobre un sustrato metálico.
Adicionalmente, la presente invención proporciona un recubrimiento abrasible formado sobre un sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende las etapas de: depositar un recubrimiento de enlace sobre el sustrato, y depositar un recubrimiento abrasible sobre el recubrimiento de enlace mediante pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo y silicio. El recubrimiento abrasible puede depositarse sobre un sustrato metálico.
En este respecto, la presente invención proporciona adicionalmente un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende la etapa de depositar el recubrimiento abrasible sobre el sustrato metálico por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio. El recubrimiento abrasible puede depositarse sobre un sustrato metálico.
La presente invención proporciona también un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende las etapas de: depositar un recubrimiento de enlace sobre el sustrato, y depositar un recubrimiento abrasible sobre el recubrimiento de enlace por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un cerámico particulado que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
En un aspecto, la composición pulverizable es un compuesto en polvo, en el que la composición metálica se adhiere al particulado cerámico.
En otro aspecto, la composición pulverizable es una mezcla en polvo, en la que el particulado cerámico se mezcla con la composición metálica.
En otro aspecto más, la composición pulverizable es un cable ahuecado que comprende una envuelta que incluye la composición metálica, en el que el particulado cerámico se dispone dentro de la envuelta.
En otro aspecto más, el particulado cerámico de la invención como se ha descrito anteriormente incluye de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 60 por ciento en peso de albita, de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de illita, y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de cuarzo.
En otro aspecto, el particulado cerámico de la presente invención incluye aproximadamente el 40 por ciento en peso de albita, aproximadamente el 30 por ciento en peso de illita y aproximadamente el 30 por ciento en peso de cuarzo.
En otro aspecto, la composición metálica de cualquiera de los aspectos de la presente invención incluye de aproximadamente el 14 a aproximadamente el 25 por ciento en peso de cromo, de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 4 por ciento peso de hierro y de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 0,6 por ciento en peso de silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel.
Descripción de la realización preferida
La presente invención proporciona una composición pulverizable, para usar en aplicaciones de pulverización térmica, que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio. La composición pulverizable puede aplicarse a, o recubrirse o depositarse sobre un sustrato para formar un recubrimiento abrasible o sellado.
En otra realización, la composición pulverizable comprende un particulado cerámico que incluye albita o un mineral que posee las características de albita tal como anortita, illita o un mineral que posee las características de illita y cuarzo y una composición metálica que incluye metal, cromo, hierro y sílice.
La composición pulverizable de la presente invención puede aplicarse a diversos sustratos incluyendo aquellos usados en la industria de pulverización térmica tal como acero, aleaciones basadas en níquel, y titanio.
La composición pulverizable de la presente invención puede aplicarse a cualquiera de los sustratos mencionados anteriormente por pulverización térmica. Preferiblemente, en primer lugar se deposita un recubrimiento de enlace sobre el sustrato para ayudar a la adhesión del recubrimiento de sellado abrasible. Los recubrimientos de enlace se conocen bien en la técnica. Los recubrimientos de enlace ejemplares incluyen Metco 450NS (marca comercial de Perkin-Elmer), que es 95% níquel/5% aluminio, recubrimientos de níquel y cromo, y recubrimientos de níquel cromo aluminio itrio.
La pulverización térmica implica el reblandecimiento o fusión de un material fundible por calor tal como un metal o cerámico por calor, y propulsar el material reblandecido o fundido en forma de partículas contra una superficie que hay que recubrir. Las partículas calentadas chocan con la superficie donde se enfrían y se unen a la misma. Puede usarse una pistola de pulverización térmica convencional con el propósito de calentar y propulsar las partículas.
Una pistola de pulverización térmica normalmente utiliza una llama de combustión o plasma o un arco eléctrico para producir el calor para fundir las partículas de polvo. En una pistola de pulverización térmica de tipo combustión, el gas soporte, que atrapa y transporta el polvo, es típicamente un gas inerte tal como nitrógeno. En una pistola de pulverización de plasma, el gas de plasma primario generalmente es nitrógeno o argón. El hidrógeno o el helio normalmente se añaden al gas primario y el gas soporte generalmente es el mismo que el gas primario de plasma. Pueden usarse también otros métodos de pulverización térmica. Una buena descripción general de la pulverización térmica se proporciona en la Patente de Estados Unidos Nº 5.049.450.
Se proporciona también un recubrimiento abrasible formado sobre un sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende la etapa de depositar el recubrimiento abrasible sobre el sustrato metálico por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio. En otra realización, un recubrimiento abrasible formado sobre un sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende las etapas de depositar un recubrimiento de enlace sobre el sustrato, y depositar un recubrimiento abrasible sobre el recubrimiento de enlace por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita, cuarzo, y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
En este aspecto, la presente invención proporciona también un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende la etapa de depositar el recubrimiento abrasible sobre el sustrato metálico por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio. En otra realización, la presente invención proporciona un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende las etapas de depositar un recubrimiento de enlace sobre el sustrato, depositar un recubrimiento abrasible sobre el recubrimiento de enlace por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica que incluye níquel cromo hierro y silicio.
La presente invención proporciona adicionalmente un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, comprendiendo el recubrimiento abrasible una matriz que incluye una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio, y un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo, en el que el particulado cerámico está disperso dentro de la matriz.
En una realización, la composición pulverizable es una mezcla de un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo y una composición metálica tal como un particulado, que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
En otra realización, la composición pulverizable es un cable ahuecado que comprende una envuelta que incluye la composición metálica, en el que el particulado cerámico se dispone dentro de la envuelta.
En otra realización, la composición pulverizable es un polvo compuesto, en el que la composición metálica se adhiere a una superficie del particulado cerámico. En un aspecto, la composición metálica encapsula el particulado cerámico.
Incluyendo albita, illita y cuarzo, el particulado cerámico confiere propiedades mecánicas deseadas al recubrimiento abrasible, tales como una buena resistencia a erosión, combinada con una buena abrasibilidad.
En otra realización, el particulado cerámico incluye de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 60% en peso de albita, de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45% de illita, y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45% de cuarzo. En una realización adicional, el particulado cerámico incluye aproximadamente el 40% albita, aproximadamente el 30% en peso de illita, y aproximadamente el 30% de cuarzo.
En una realización adicional, el particulado cerámico está compuesto esencialmente por albita, illita y cuarzo. Otros materiales pueden estar presentes en el particulado cerámico en pequeñas cantidades. Estos otros materiales están presentes como impurezas introducidas en el particulado cerámico como subproductos que surgen durante el procesado o a partir de las materias primas. Estos otros materiales están presentes en cantidades que no son suficientemente significativas para afectar a las propiedades deseables del particulado cerámico. En particular, las impurezas están presentes en cantidades que no comprometen la abrasibilidad y estabilidad a largo plazo deseadas del recubrimiento abrasible.
En otra realización, la composición metálica o particulado incluye de aproximadamente el 14 a aproximadamente el 25% en peso de cromo, de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 4,0% en peso de hierro, y de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 0,6% en peso del silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel.
En una realización adicional, la composición metálica o particulado incluye de aproximadamente el 15,0 a aproximadamente el 18,1% en peso de cromo, de aproximadamente el 2,45 a aproximadamente el 2,71% en peso de hierro, de aproximadamente el 0,43 a aproximadamente 0,45% en peso de silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel. El recubrimiento derivado de esta realización proporciona particularmente una resistencia a oxidación del recubrimiento muy buena en aire hasta aproximadamente 650ºC. La ganancia de peso de oxidación se estabiliza a aproximadamente 8000 horas en aire. Las propiedades mecánicas del recubrimiento derivado de esta composición son estables también en las mismas condiciones. El recubrimiento resultante tiene una combinación de propiedades mecánicas y resistencia a oxidación excelentes. Independientemente, dichas propiedades intrínsecas específicas no son críticas o necesarias para la práctica de cada una de las realizaciones de esta invención.
En una realización adicional, la composición metálica o particulado está compuesto esencialmente por níquel, cromo, hierro y silicio. Cuando el término "esencialmente" se usa con respecto a cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente de la composición metálica o particulado de la presente invención, esto significa que otros materiales pueden estar presentes en la composición metálicas en pequeñas cantidades. Estos otros materiales están presentes como impurezas introducidas en la composición metálica como subproductos que surgen durante el procesado o a partir de las materias primas. Estos otros materiales están presentes en cantidades que no son suficientemente significativas para afectar a las propiedades deseadas de la composición metálica. En particular, las impurezas están presentes en cantidades que no comprometen la resistencia a oxidación y propiedades mecánicas del recubrimiento resultante.
La composición pulverizable de la presente invención es suficientemente flexible para proporcionar recubrimientos diseñados para una aplicación específica. Cuando se usa un tamaño de partícula en polvo más grueso, es decir - malla 80 + malla 115 (-180 micrómetros + 125 micrómetros) pueden producirse recubrimientos blandos para frotar contra un soporte físico que sea susceptible a daño por interacción con recubrimientos más blandos. Los ejemplos de dicho soporte físico son bordes de cuchillas y cuchillos. Si se usa un soporte físico más robusto, entonces pueden producirse recubrimientos más duros, más resistentes a erosión usando polvos más finos en los que la mayoría de las partículas están en el intervalo - malla 100 + malla 325 (-150 micrómetros + 44 micrómetros).
El particulado cerámico puede producirse por aglomeración de constituyentes de partícula cerámica fina individuales (albita, illita y cuarzo) usando aglutinantes orgánicos o inorgánicos y después moliendo los componentes individuales en un molino de desgaste. Los aglutinantes orgánicos adecuados incluyen Derakane 470-36^{TM} producido por Dow Chemical. La mezcla cerámico-aglutinante se cura después a temperatura ambiente durante aproximadamente 18 horas y las partículas se tamizan posteriormente al tamaño de partícula deseado o intervalo de tamaño requerido para la aplicación.
Después de dimensionar el particulado cerámico, una composición metálica se deposita sobre el mismo. Como primera etapa, el particulado cerámico puede revestirse con níquel mediante procesado hidrometalúrgico. En este aspecto, complejos de níquel disueltos se precipitan en solución sobre los sitios de nucleación del particulado cerámico mediante ciclos de reducción con hidrógeno a aproximadamente 180ºC y 3,45 MPa (500 psig) de H_{2}. Después de que el Ni precipite sobre el particulado cerámico, las partículas resultantes se lavan y se secan. El particulado cerámico revestido con níquel forma después una aleación con cromo usando cualquiera de los numerosos procesos de difusión, tales como deposición química con vapor. Sin desear ceñirse a una teoría, se cree que Fe y Si difunden desde el núcleo del particulado cerámico, y particularmente el constituyente illita, hacia la composición metálica durante el tratamiento térmico.

Claims (25)

1. Una composición pulverizable que comprende:
un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo; y
una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
2. La composición pulverizable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la composición metálica se adhiere al particulado cerámico.
3. La composición pulverizable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la composición metálica se adhiere a una superficie del particulado cerámico.
4. La composición pulverizable de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 3, en la que la composición pulverizable es un polvo compuesto.
5. La composición pulverizable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la composición pulverizable es un cable ahuecado que comprende una envuelta que incluye la composición metálica, y en la que los particulados cerámicos se disponen dentro de la envuelta.
6. La composición pulverizable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la composición metálica se mezcla con el particulado cerámico.
7. La composición pulverizable de acuerdo con la reivindicación 6, en la que la composición metálica es un particulado metálico.
8. La composición pulverizable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en la que el particulado cerámico está compuesto esencialmente albita, illita y cuarzo.
9. La composición pulverizable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en la que el particulado cerámico incluye de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 60 por ciento en peso de albita, de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de illita y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 en peso de
cuarzo.
10. La composición pulverizable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el particulado cerámico incluye aproximadamente el 40 por ciento en peso de albita, aproximadamente el 30 por ciento de illita y aproximadamente el 30 por ciento en peso de cuarzo.
11. La composición pulverizable de acuerdo con la cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la composición metálica incluye de aproximadamente el 14 a aproximadamente el 25 por ciento en peso de cromo, de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 4 por ciento en peso de hierro y de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 0,6 por ciento en peso de silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel.
12. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende la etapa de depositar el recubrimiento abrasible sobre el sustrato metálico por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende:
un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo; y
una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
13. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, adhiriéndose el recubrimiento abrasible al sustrato metálico de acuerdo con un método que comprende las etapas de:
depositar un recubrimiento de enlace sobre el sustrato;
depositar un recubrimiento abrasible sobre el recubrimiento de enlace por pulverización térmica de una composición pulverizable que comprende:
un particulado cerámico que incluye albita, illita y cuarzo;
una composición metálica que incluye níquel, cromo, hierro y silicio.
14. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible de acuerdo con las reivindicaciones 12 ó 13, en el que la composición metálica se adhiere al particulado cerámico.
15. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible de acuerdo con las reivindicaciones 12 ó 13, en el que la composición metálica se adhiere a una superficie del particulado cerámico.
16. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible de acuerdo con las reivindicaciones 14 ó 15, en el que la composición pulverizable es un polvo compuesto.
17. El sustrato metálico de acuerdo con la cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16 en el que el particulado cerámico está compuesto esencialmente por albita, illita y cuarzo.
18. El sustrato metálico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que el particulado cerámico incluye de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 60 por ciento en peso de albita, de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de illita y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de cuarzo.
19. El sustrato metálico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que el particulado cerámico incluye aproximadamente el 40 por ciento en peso de albita, aproximadamente el 30 por ciento de peso de illita y aproximadamente el 30 por ciento en peso de cuarzo.
20. El sustrato metálico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19 en el que la composición metálica incluye de aproximadamente el 14 a aproximadamente el 25 por ciento en peso de cromo, de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 4 por ciento en peso de hierro, y de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 0,6 por ciento en peso de silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel.
21. Un sustrato metálico que incluye un recubrimiento abrasible adherido al mismo, comprendiendo el recubrimiento abrasible:
una matriz que incluye una composición metálica, la composición metálica incluye níquel, cromo, hierro y silicio;
un particulado cerámico, que incluye albita, illita y cuarzo;
en el que el particulado cerámico se dispersa dentro de la matriz.
22. El sustrato metálico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el particulado metálico está compuesto esencialmente por albita, illita y cuarzo.
23. El sustrato metálico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el particulado cerámico incluye de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 60 por ciento en peso de albita, de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de illita y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 45 por ciento en peso de cuarzo.
24. El sustrato metálico de acuerdo con la reivindicación 21 en el que el particulado cerámico incluye aproximadamente el 40 por ciento en peso de albita, aproximadamente el 30 por ciento de illita y aproximadamente el 30 por ciento en peso de cuarzo.
25. El sustrato metálico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24 en el que la composición metálica incluye de aproximadamente el 14 a aproximadamente el 25 por ciento en peso de cromo, de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 4 por ciento en peso de hierro, y de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 0,6 por ciento en peso de silicio, y el equilibrio es esencialmente níquel.
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