ES2322810T3 - Procedimiento para el revestimiento de sinterizacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el revestimiento de sinterización de una pieza de trabajo (6), que está formada por al menos dos secciones (1, 2) con diferente capacidad térmica relacionada con la superficie, con una etapa de calentamiento de choque de la pieza de trabajo (6) en condiciones que llevan a la pieza de trabajo (6), actuando continuamente sobre ella, a una primera temperatura y se termina antes de que la temperatura de la sección (1) se iguales con la capacidad térmica relacionada con la superficie a esta primera temperatura, y la etapa siguiente de aplicación del material de sinterización sobre la pieza de trabajo (6), caracterizado porque al calentamiento de choque precede una etapa de precalentamiento de la pieza de trabajo (6) en condiciones que llevan a la pieza de trabajo (6), actuando continuamente sobre ésta, a una segunda temperatura entre la temperatura de fusión del material de revestimiento y la primera temperatura.

Description

Procedimiento para el revestimiento de sinterización.

La invención se refiere a un procedimiento para el revestimiento de sinterización de una pieza de trabajo así como a un dispositivo adecuado para la realización del procedimiento.

Se conocen y se utilizan desde hace mucho tiempo procedimientos para la generación de capas de protección sobre superficies metálicas, especialmente de artículos de alambre y piezas pequeñas metálicas, a través de sinterización de polvos de plástico. Polvos de plástico adecuados para la realización de tales procedimientos se ofrecen, por ejemplo por la sociedad DEGUSSA AG, Marl, bajo el nombre comercial VESTOSINT.

El revestimiento de sinterización de una pieza de trabajo se realiza habitualmente de tal forma que la pieza de trabajo es calentada en primer lugar a una temperatura por encima de la temperatura de fusión del material a sinterizar y a continuación se pone en contacto con el material -generalmente en polvo-. El contacto tiene lugar a temperaturas ambiente, que deben estar normalmente por debajo de la temperatura de fusión del material de sinterización, de manera que la pieza de trabajo pierde calor durante el contacto con el material de sinterización y finalmente no alcanza la temperatura de fusión del material de sinterización, con lo que se falla el proceso de sinterización. El espesor de la capa separada hasta ahora sobre la pieza de trabajo es proporcional al periodo de tiempo entre el comienzo del contacto con el material de sinterización y el instante, en el que no se alcanza su temperatura de fusión. Cuando la pieza de trabajo a revestir tiene un espesor reducido del material, la refrigeración se desarrolla más rápidamente que en el caso de una pieza de trabajo con espesor más elevado del material, de manera que para conseguir los mismos espesores de capa sobre piezas de trabajo con diferentes espesores del material, deben ser diferentes las temperaturas a las que se calientan las piezas de trabajo, antes de que se pongan en contacto con el material de sinterización. En el caso de piezas de trabajo de forma sencilla con composición homogénea del material y con espesor uniforme de la pared, se pueden conseguir, por lo tanto, revestimientos sinterizados con un espesor de revestimiento deseado a través de la selección adecuada de la temperatura, con la que se ponen las piezas de trabajo en contacto con el material de sinterización.

En el caso de piezas de trabajo con espesores de pared irregulares o con composición inhomogénea del material, que presentan secciones con diferentes capacidades térmicas relacionadas con la superficie, esto conduce al problema de que las capas sinterizadas, que se depositan sobre una sección de alta capacidad térmica relacionada con la superficie, antes de que ésta se refrigere por debajo de la temperatura de fusión del material de sinterización, son mayores que en una sección con capacidad térmica reducida relacionada con la superficie. Por lo tanto, es difícil proveer tales piezas de trabajo con un revestimiento de espesor uniforme. Cuando debe conseguirse un espesor de capa mínimo sobre las secciones con baja capacidad térmica relacionada con la superficie, entonces debe tolerarse que la capa resultante sea más gruesa en otras secciones. Esto conduce no sólo a sobrecostes no deseados en virtud el uso innecesario de material de sinterización, sino que los espesores de capa diferentes elevan también la probabilidad de defectos de la capa de sinterización, que perjudican su acción protectora para la pieza de trabajo subyacente.

Para solucionar este problema se han propuesto procedimientos de calentamiento por choque, en los que el calentamiento de la pieza de trabajo se interrumpe antes de que ésta haya alcanzado una distribución homogénea de la temperatura. De esta manera, se consigue que durante la puesta en contacto con el material de sinterización, secciones de la pieza de trabajo con capacidad térmica reducida relacionada con la superficie tengan una temperatura más alta que las secciones con capacidad térmica más baja relacionada con la superficie, de manera que los periodos de tiempo hasta la refrigeración por debajo de la temperatura de fusión y, por lo tanto, los espesores de capa resultantes son aproximadamente iguales para ambas secciones. En principio, debería suponerse que con un procedimiento de este tipo a través de la selección adecuada de las condiciones de calentamiento, es decir, la temperatura final, que se ajustaría en una pieza de trabajo, si se expusiese constantemente a las condiciones del calentamiento por choque, y el periodo de tiempo, en el que la pieza de trabajo está expuesta al calentamiento de choque, dentro de ciertos límites superiores se pueden ajustar diferencias de temperatura entre secciones de diferente capacidad térmica y se pueden optimizar a los mismos espesores de capa de separación. Sin embargo, en ensayos se ha comprobado que de esta manera no se han podido conseguir calidades satisfactorias de las capas y que especialmente en las zonas de transición entre secciones con diferentes capacidades térmicas relacionadas con la superficie, la tendencia a defectos de capa era grande.

Por lo tanto, el cometido de la invención es indicar un procedimiento y un dispositivo, que permiten la generación de capas sinterizadas de alta calidad y espesor homogéneo en piezas de trabajo, que presentan secciones con diferentes capacidades térmicas relacionadas con la superficie.

Sorprendentemente se ha mostrado que este objetivo se puede conseguir anteponiendo al calentamiento de choque convencional una etapa de precalentamiento de la pieza de trabajo, en la que las condiciones de precalentamiento se seleccionan de tal manera que, con una acción continuada sobre la pieza de trabajo, ésta es lleva a una temperatura que está entre la temperatura de fusión del material de revestimiento y aquella temperatura que alcanzaría la pieza de trabajo, si se expusiese constantemente a las condiciones del calentamiento de choque.

Se supone que la actividad del procedimiento se basa en que el gradiente de temperatura fuerte existente en el calentamiento de choque convencional entre la superficie y el interior de la sección con capacidad térmica alta relacionada con la superficie se reduce a través de la etapa de precalentamiento, y en que de esta manera se reduce la importancia de la compensación interna de la temperatura dentro de la pieza de trabajo para la refrigeración de su superficie. Mientras que en el calentamiento de choque sencillo sin precalentamiento, las regiones profundas de la superficie de la pieza de trabajo, especialmente en un límite entre secciones de diferente capacidad térmica relacionada con la superficie, en virtud de su posición protegida, absorben comparativamente menos calor y, por lo tanto, durante el revestimiento se refrigeran más rápidamente, en el procedimiento de acuerdo con la invención tales zonas mantienen, debido al precalentamiento, una temperatura adecuada para la sinterización durante más tiempo, de manera que también en estas zonas de problemas resulta una capa de buena calidad.

Tanto el precalentamiento como también el calentamiento de choque se realizan con preferencia a través de la introducción de la pieza de trabajo en un baño térmico, respectivamente, especialmente en forma de un horno. En este caso, el tiempo de residencia de la pieza de trabajo en el segundo baño térmico, es decir, la etapa de precalentamiento debería durar con preferencia más tiempo que la estancia en el primer baño térmico, es decir, el calentamiento de choque. En una instalación de revestimiento se realizan estos tiempos de residencia diferentes especialmente porque la dilatación del horno de precalentamiento a lo largo de un trayecto de transporte para las piezas de trabajo a revestir es mayor que la del horno para el calentamiento de choque.

Cuando la pieza de trabajo se refrigera lentamente en el transcurso de la sinterización, puede aparecer en una fase final debido a la fusión incompleta del material de sinterización una superficie rugosa. Para mejorar la calidad de la superficie es conveniente recalentar después de la aplicación del material de sinterización la pieza de trabajo al menos superficialmente por lo menos hasta la temperatura de fusión del material de revestimiento, para conseguir de esta manera una superficie lisa.

La aplicación del material de sinterización sobre la pieza de trabajo se realiza con preferencia a través de la introducción de la pieza de trabajo caliente en el material de sinterización en estado fluidizado.

Como material de sinterización es adecuado un polvo de poliamida como el polvo VESTOSINT ya mencionado. Este polvo tiene un punto de fusión de 176ºC; por lo tanto, para el precalentamiento es adecuada una temperatura del segundo baño térmico entre 240 y 340ºC; para el calentamiento de choque es preferida una temperatura del primer baño térmico entre 390 y 420ºC.

El calentamiento por choque se interrumpe de una manera más conveniente cuando la sección con la capacidad térmica elevada relacionada con la superficie ha alcanzado una temperatura media, que está seleccionada en un intervalo entre 300 y 370ºC. La temperatura seleccionada en concreto depende de la relación de las capacidades térmicas relacionadas con la superficie; cuanto más diferentes son estas capacidades, tanto más baja debe seleccionarse la temperatura de rotura para garantizar los mismos espesores de capa sobre las diferentes secciones de la pieza de
trabajo.

Una aplicación preferida del procedimiento de acuerdo con la invención es el revestimiento de un intercambiador térmico, especialmente de un licuador para un aparato de refrigeración, en el que la sección con alta capacidad térmica relacionada con la superficie es una tubería para un fluido de soporte de calor y la sección con baja capacidad térmica relacionada con la superficie es un alambre fijado en la tubería.

Otras características y ventajas del procedimiento de acuerdo con la invención se deducen a partir de la descripción siguiente de un ejemplo de realización con referencia a las figuras adjuntas. En este caso:

La figura 1 muestra un intercambiador de calor como ejemplo de una pieza de trabajo, en la que se puede realizar el procedimiento.

La figura 2 muestra un diagrama de bloque de una instalación para la realización del procedimiento; y

La figura 3 muestra temperaturas superficiales del licuador como función del tiempo durante el calentamiento según el procedimiento de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra en vista en perspectiva una sección de un licuador conocido en sí en tipo de construcción de tubo de alambre para un aparato de refrigeración, sobre el que se puede aplicar de una manera ventajosa el procedimiento de recubrimiento según la invención. Un evaporador de este tipo está constituido esencialmente por dos tipos diferentes de elementos, un tubo de acero 1 doblado en forma de zig-zag y una pluralidad de alambres 2, que están dispuestos en cada caso transversalmente a secciones lineales del tubo de acero 1 y las conectan entre sí. Los alambres 2 sirven, por lo tanto, al mismo tiempo para el refuerzo del evaporador como también para la ampliación de su superficie de intercambio de calor.

El tubo de acero 1 tiene típicamente un diámetro exterior de 8 mm y un espesor de pared de 1 mm. Los alambres 2 son macizos con un diámetro típico de 1,6 mm. Los alambres 2 están fijados en el tubo de acero 1 a través de soldadura por puntos, estañado u otras técnicas adecuadas, de manera que en la zona de contacto 3 entre el tubo 1 y el alambre 2 se forman ángulos estrechos 4 difícilmente accesibles.

Como se ve fácilmente, la cantidad de material por unidad de superficie en el tubo 1 es considerablemente mayor que en los alambres 2 y en concreto en las dimensiones seleccionadas aquí es mayor en el factor 2,5 aproximadamente. De una manera correspondiente, también la capacidad térmica por unidad de superficie en los alambres 2 es claramente menor que en el tubo 1, de manera que los primeros se calientan en un baño térmico claramente más rápido que el último.

El dispositivo de revestimiento representado en forma muy esquemática en la figura 2 comprende una instalación de transporte 5, en la que se pueden fijar grupos de varios intercambiadores de calor 6. Los grupos de intercambiadores de calor 6 son transportados a través de movimientos paso a paso de la instalación de transporte 5 a través del dispositivo de revestimiento, de manera que los intervalos de tiempo entre etapas de transporte sucesivas pueden ser, por ejemplo, entre 20 y 40 segundos.

Los intercambiadores de calor 6 recorren en su camino a través del dispositivo de revestimiento en primer lugar un horno de precalentamiento 7, que se mantiene a través de un quemador de precalentamiento 8 en una temperatura fijo entre 200 y 340ºC, aquí en 240ºC. La longitud del horno de precalentamiento 7 está seleccionada para que encajen dos grupos de intercambiadores de calor o bien son necesarias dos etapas de transporte, para transportar un grupo a través del horno de precalentamiento 7.

En el horno de precalentamiento 7 se conecta directamente un horno de calentamiento de choque 9, que se mantiene a través de otro quemador 10 en una temperatura fijada entre 390 y 420ºC. Los dos hornos 7, 9 pueden estar delimitados uno con respecto al otro por medio de una compuerta 15 indicada como línea de trazos en la figura; no obstante, esto no es forzosamente necesario. El horno de calentamiento de choque 9 ofrece espacio para un grupo de intercambiadores de calor 6; su duración de residencia en el horno 9 corresponde, por lo tanto, al periodo de tiempo entre dos etapas de transporte de la instalación de transporte 5.

A continuación del horno de calentamiento de choque 9 está previsto un lecho fluidizado 11, que contiene polvo de poliamida fluidizado. La instalación de transporte 5 presenta miembros de ajuste (no representados) para la bajada de un grupo de intercambiadores de calor 6 al lecho fluidizado 11 y para la elevación de nuevo del grupo. El lecho fluidizado 11 ofrece espacio para un grupo de intercambiadores de calor 6, de manera que la duración de residencia máxima de los intercambiadores de calor allí corresponde al intervalo de tiempo entre dos etapas de transporte de la instalación de transporte 5. La duración de residencia real en el lecho fluidizado 11 se puede acortar, sin embargo, de forma discrecional, extrayendo los intercambiadores de calor 6 en un instante, que puede ser seleccionado opcionalmente en principio, entre los etapas de transporte de la instalación de transporte 5 fuera del lecho fluidizado 11.

Los intercambiadores de calor 6 provistos en el lecho fluidizado 11 con un revestimiento de poliamida llegan finalmente a un horno de recalentamiento 12, en el que se calientan de nuevo a una temperatura por encima de la temperatura de fusión del polvo de poliamida. El horno de recalentamiento 12 es mantenido a tal fin por medio de un quemador 13 a una temperatura de 240ºC. Este horno de recalentamiento 12 sirve para la mejora de la calidad de las capas de poliamida separadas sobre los intercambiadores de calor 6. Estas capas pueden presentar, en efecto, en su salida desde el lecho fluidizado 11 una cierta rugosidad, que se puede atribuir a que hacia el final de la separación del material de sinterización, su temperatura puede caer hasta el punto de que no alcanza ya la fundición completa de los granos de material de sinterización. El horno de recalentamiento 12 ofrece espacio para dos grupos de intercambiadores de calor 6, de manera que son necesarias dos etapas de la instalación de transporte 3 para transportar los intercambiadores de calor 6 a través del horno de recalentamiento 12.

A continuación del horno de recalentamiento 12 está prevista una piscina de inmersión 14, en la que enfrían los intercambiadores de calor 6 ya revestidos.

La figura 3 muestra la curva de tiempo de las temperaturas de la superficie de alambres y tubo de un intercambiador de calor 6 en su camino a través de los hornos 7 y 9. El calentamiento comienza en el instante t = 0 con la entrada del intercambiador de calor en el horno de precalentamiento 7. La temperatura en su interior es 240ºC; la temperatura de los alambres, representada a través de una curva 16, se aproxima a este valor más rápidamente que la temperatura del tubo 1 representada a través de una curva 17. Durante el tiempo de residencia del intercambiador de calor 6 en el horno de precalentamiento 7, ni los alambres ni el tubo alcanzan la temperatura del aire del horno de precalentamiento; la temperatura de los alambres casi se iguala después de 60 segundos con 220ºC aproximadamente; la temperatura del tubo de 170ºC aproximadamente es claramente más baja.

En el instante t = 60 se introduce el intercambiador de calor 6 al horno de calentamiento de choque 9, donde está expuesto a una temperatura de 420ºC. Cuando en e instante t = 90 segundos el intercambiador de calor es extraído fuera del horno de calentamiento de choque 9 y es transportado hacia el lecho fluidizado, los alambres han alcanzado una temperatura apenas por encima de 400ºC; la temperatura de la superficie del tubo tiene aproximadamente 330ºC. Entre la superficie del tubo y su interior existe una diferencia de temperatura de 10 a 15ºC. Esto significa que también las zonas superficiales del tubo, que están inmediatamente adyacentes a un punto de unión 3 con un alambre 2, y que se calientan, por lo tanto, comparativamente menos eficientemente a través de contacto con gas caliente en los hornos 5 y 7, han alcanzado una temperatura en el mismo orden de magnitud. Por lo tanto, no se refrigeran fuertemente como en el caso convencional del calentamiento de choque en una única etapa a través de la disipación de calor en el interior del tubo, sino esencialmente sólo porque el tubo cede calor al lecho fluidizado, en el que está sumergido. Esta refrigeración en los puntos de contacto 3 entre el alambre 2 y el tubo 1 no se desarrolla más rápidamente que en otras zonas del tubo. En su lugar, en puntos problemáticos durante el revestimiento, como por ejemplo en los intersticios estrechos 4 en la zona de contacto entre el alambre y el tubo, la cesión de calor al lecho fluidizado es más lenta, en virtud de la posición protegida de estos lugares, que en zonas superficiales libres del tubo, de manera que hay que contar con que en estos lugares se mantiene durante más tiempo una temperatura suficiente para la fundición del material de revestimiento que en otros lugares, con lo que se compensa el acceso difícil del material de recubrimiento a estos lugares y se obtiene una capa con espesor uniforme y alta calidad también en estos puntos problemáticos.

Claims (14)

1. Procedimiento para el revestimiento de sinterización de una pieza de trabajo (6), que está formada por al menos dos secciones (1, 2) con diferente capacidad térmica relacionada con la superficie, con una etapa de calentamiento de choque de la pieza de trabajo (6) en condiciones que llevan a la pieza de trabajo (6), actuando continuamente sobre ella, a una primera temperatura y se termina antes de que la temperatura de la sección (1) se iguales con la capacidad térmica relacionada con la superficie a esta primera temperatura, y la etapa siguiente de aplicación del material de sinterización sobre la pieza de trabajo (6), caracterizado porque al calentamiento de choque precede una etapa de precalentamiento de la pieza de trabajo (6) en condiciones que llevan a la pieza de trabajo (6), actuando continuamente sobre ésta, a una segunda temperatura entre la temperatura de fusión del material de revestimiento y la primera temperatura.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa del calentamiento de choque comprende la introducción de la pieza de trabajo (6) en un primer baño térmico (9) con la primera temperatura.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la etapa del precalentamiento comprende la introducción de la pieza de trabajo (6) en un segundo baño térmico (7) con la segunda temperatura.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de residencia de la pieza de trabajo (6) en el segundo baño térmico (7) es más largo que en el primer baño térmico (9).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a la aplicación del material de sinterización sigue una etapa de recalentamiento al menos de la superficie de la pieza de trabajo (6) a al menos la temperatura de fusión del material de revestimiento.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la aplicación del material de sinterización se realiza a través de la introducción de la pieza de trabajo (6) caliente en el material de sinterización fluidizado.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de sinterización es un polvo de poliamida.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura del segundo baño térmico (7) está entre 200 y 340ºC.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura del primer baño térmico (9) está entre 390 y 420ºC.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque se interrumpe el calentamiento de choque cuando la sección (1) con la capacidad térmica elevada relacionada con la superficie ha alcanzado una temperatura media seleccionada en un intervalo entre 300 y 370ºC.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza de trabajo es un intercambiador de calor, en el que la sección con alta capacidad térmica relacionada con la superficie es una tubería (1) y la sección con baja capacidad térmica relacionada con la superficie es un alambre (2) fijado en la tubería.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el intercambiador de calor es un licuador para un aparato de refrigeración.

13. Dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con un horno (7, 9) respectivo para la realización del precalentamiento y del calentamiento de choque y con un lecho fluidizado (11) para la realización del revestimiento, que está dispuesto en un trayecto de transporte (5) para piezas de trabajo (6) a revestir después del horno (7, 9).

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la dilatación del horno para el precalentamiento (7) a lo largo del trayecto de transporte (5) es mayor que la del horno para el calentamiento de choque (9).