ES2569496T3 - Cuchilla de recubrimiento, mejorada - Google Patents

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Jean-Francois Laithier
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Abstract

Cuchilla de recubrimiento, que comprende: un sustrato (1) en forma de un fleje metálico; y un depósito superior (2) resistente al desgaste que recubre un borde de trabajo de la cuchilla, destinado a establecer contacto con una lámina de papel en movimiento; caracterizada porque el depósito superior resistente al desgaste comprende un material metálico, un carburo con matriz metálica o un cermet, y existiendo una capa intermedia (3) entre el sustrato y el depósito, cuya capa intermedia tiene una conductividad térmica más reducida que dicho depósito superior.

Description

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DESCRIPCION
Cuchilla de recubrimiento, mejorada Sector tecnico
La presente invencion se refiere a cuchillas de recubrimiento dotadas de capas y, en particular a cuchillas de recubrimiento que tienen una capa superior resistente que comprende un metal, un carburo, un cermet o una combinacion de los mismos.
Antecedentes tecnicos
Las cuchillas de recubrimiento de alto rendimiento son utilizadas frecuentemente para aplicar una delgada capa de una tinta de recubrimiento sobre una lamina de papel en desplazamiento. La influencia de las fibras del papel junto con el elevado contenido mineral de los pigmentos de la tinta de recubrimiento y la elevada velocidad de las instalaciones modernas de recubrimiento mediante cuchilla, tienen como resultado la situacion en la que el filo de la cuchilla es sometido a un intenso desgaste durante su utilizacion.
Uno de los primeros documentos que describe la utilizacion de cuchillas con filo ceramico a efectos de aumentar la vida util de las cuchillas de recubrimiento y mejorar de esta manera la productividad del proceso de recubrimiento es GB 2 130 924.
El documento WO 98/26877 describe la utilizacion de una cuchilla dotada de filo elastomero blando para proporcionar una cuchilla de recubrimiento de alto rendimiento que presenta ventajas especificas en su respecto a la mejora del recubrimiento de fibras.
Muy recientemente, se ha desarrollado e introducido en el mercado otra clase de cuchillas de recubrimiento. Estas son cuchillas para las que el borde de trabajo resistente al desgaste comprende un deposito metalico o de carburo (carburos con una matriz metalica que actua como aglomerante) o un deposito de cermet. Estas cuchillas se han fabricado principalmente por proyeccion termica con pulido subsiguiente para obtener las propiedades geometricas del borde deseadas. Este deposito ofrece una serie de ventajas en el recubrimiento de cuchillas en comparacion con las cuchillas tradicionales, que comprenden un deposito ceramico, mezclas de oxidos y similares. Una ventaja, consiste en que las cuchillas proporcionan una resistencia al desgaste muy superior en comparacion con cuchillas con filo ceramico, con la ventaja de aumentar adicionalmente la productividad en la estacion de recubrimiento. Ademas, un inconveniente de las cuchillas ceramicas, ha sido siempre la fragilidad intrinseca de las mismas, conduciendo a posibles fallos o virutas en el borde de trabajo de las cuchillas. Estos fallos o virutas pueden tener lugar durante la fabricacion de la cuchilla, durante la manipulacion de la misma o incluso durante la utilizacion de la cuchilla en operaciones de recubrimiento. El resultado de las virutas u otros fallos en el borde de trabajo pueden ser defectos lineales en el producto dotado de revestimiento, las llamadas franjas o incluso puede conducir a roturas de la lamina y perdida de material. La elevada tenacidad de materiales metalicos y basados en carburos, conduce a una menor sensibilidad a la rotura del borde y, por lo tanto, proporciona importantes ventajas tanto durante la fabricacion y manipulacion como tambien durante la utilizacion de la cuchilla. Otra ventaja adicional de las cuchillas de este tipo en comparacion con cuchillas ceramicas es que son menos susceptibles de desgaste del borde en el limite de la tinta de recubrimiento adyacente a los bordes longitudinales de una lamina de papel. Ademas, los materiales metalicos o de carburos son muy apropiados para su deposito por pulverizacion HVOF (High Velocity Oxy Fuel). En el procedimiento HVOF, el material es pulverizado sobre un sustrato con una energia cinetica mas alta en comparacion con la pulverizacion de plasma (esta ultima utiliza energia termica mas elevada. Por lo tanto, se pueden formar depositos muy densos (que tienen menos de 2% de porosidad), incrementando las propiedades mecanicas y reduciendo el riesgo de que particulas extranas queden atrapadas en las porosidades.
Por lo tanto, hay muchas ventajas que conducen a la utilizacion de cuchillas de recubrimiento metalicas o basadas en carburos o cermet para mejorar la productividad en las fabricas de papel y tambien para aumentar la calidad del producto fabricado.
El documento US 5.824.154 da a conocer una cuchilla de recubrimiento que comprende: un fleje de acero, que es alargado en una primera direccion entre una primera y una segunda secciones de borde; un deposito abrasivo resistente al desgaste y una capa intermedia dispuesta entre la capa depositada y el fleje de acero, teniendo dicha capa una mayor resistencia al desgaste abrasivo que la capa depositada. La capa intermedia puede incluir Cr-Ni. La capa depositada puede incluir alumina.
Caracteristicas de la invencion
No obstante, se ha descubierto que las cuchillas de recubrimiento que tienen un deposito en el borde metalico o de carburos, o un deposito de cermet en el borde, estan afectadas del importante inconveniente de que el deposito tiene una conductividad termica muy elevada. Esto puede conducir a una serie de limitaciones practicas, tal como se explica a continuacion.
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Cuando la cuchilla es sometida a una carga contra el elemento laminar circulante (es decir, cuando el soporte de la cuchilla esta cerrado), el contacto entre la cuchilla y el elemento laminar, tendra lugar sin ningun color de recubrimiento durante un cierto periodo inicial de tiempo (de manera tipica varios segundos). Durante este tiempo, se presenta un rozamiento en seco que puede conducir la generacion local de una gran cantidad de calor. El filo de la cuchilla, que comprende un metal o carburo, resiste de manera tipica la temperatura inducida sin perder ninguna caracteristica de resistencia al desgaste. No obstante, el calor generado sera transferido rapidamente al sustrato de fleje de acero de la cuchilla. La cuchilla esta fijada de manera tipica firmemente en el soporte de la cuchilla, de manera que la seccion de borde caliente de la cuchilla no tiene libertad para dilatarse debido al aumento de la temperatura. Como consecuencia, la cuchilla empieza a ondularse en el borde de trabajo. Esto puede no apreciarse facilmente mientras la cuchilla esta aplicada con carga contra el elemento laminar, pero si el soporte de la cuchilla se abre despues de una cierta friccion en seco, manteniendo la fijacion cerrada, se puede apreciar que el borde de la cuchilla adopta una forma ondulada “serpenteante”. Despues de que ha terminado la friccion en seco inicial (debido a la llegada de color de recubrimiento en el borde de la cuchilla), la temperatura disminuye y una parte de la ondulacion desaparece. No obstante, permanecera una cierta ondulacion del borde de la cuchilla y se dice que la cuchilla se ha “quemado” y ya no es utilizable para una operacion de recubrimiento apropiada. La utilizacion de una cuchilla de recubrimiento “quemada” y ondulada conduciria a zonas sucesivas de pesos altos y bajos de color debido a la carga lineal variable producida por el borde ondulado. Desde el punto de vista de la calidad esto no es aceptable.
El problema de calentamiento y ondulacion antes descrito, impide la utilizacion de cuchillas basadas en metales o carburos, sean utilizadas en maquinas de recubrimiento continuas (“on-line”) de alta velocidad, en las que la cuchilla recibe una carga contra el elemento laminar a toda velocidad. Se presentan problemas similares si por alguna razon, la alimentacion del agente de color se interrumpe de repente. La friccion en seco puede tener lugar despues de la rotura del elemento laminar si el soporte de la cuchilla no es abierto inmediatamente despues de detenerse el flujo del agente de color de recubrimiento.
Este tipo de sobrecalentamiento y ondulacion resultante del borde de la cuchilla, conduce a cambios prematuros de la cuchilla de manera que se esta lejos de alcanzar la vida util potencial de la cuchilla. Como consecuencia, existe un interes en la industria en conseguir una solucion nueva economica a las limitaciones que presentan las cuchillas basadas en metales y en carburos que se han descrito anteriormente.
La presente invencion propone una solucion que evita estas limitaciones de las cuchillas basadas en metales y carburos manteniendo simultaneamente todas las demas ventajas intrinsecas. Se comprendera facilmente que las ensenanzas de la presente descripcion se pueden aplicar tambien para otros tipos de cuchillas de recubrimiento que tienen un deposito superior con una conductividad termica comparativamente elevada.
En general, se propone tener una capa intermedia entre el sustrato de la cuchilla y el deposito superior resistente al desgaste, de manera que dicha capa intermedia actua como barrera termica para reducir la transferencia de calor al sustrato de acero. Se recomienda sustituir algunos grosores tradicionales de deposito por la barrera termica, de manera que el grosor total del deposito del borde sigue siendo sustancialmente el mismo que para las cuchillas anteriormente conocidas (sin la barrera termica objeto de la invencion). Como ejemplo, el grosor de la barrera termica podria ser aproximadamente de un tercio del grosor del deposito superior.
En general, la capa intermedia debe tener una conductividad termica mas baja que el deposito superior resistente al desgaste. Preferentemente, la capa intermedia tiene una conductividad termica inferior a 0,5 veces la del deposito superior, mas preferentemente, por debajo de 0,2 veces la del deposito superior.
La capa de barrera termica intermedia tiene preferentemente una conductividad termica por debajo de aproximadamente 40 W/(m-K), mas preferentemente por debajo de 15 W/(m-K). La barrera termica tiene preferentemente, una anchura igual o superior a la anchura del deposito resistente al desgaste, tal como 3-20 mm, mas preferentemente 1-10 mm. La barrera termica tiene preferentemente un grosor en un rango de 10 a unos 100 mm, mas preferentemente de 20 a 80 mm.
Se incluyen entre los materiales adecuados para la capa barrera termica intermedia, los oxidos y mezclas de oxidos; materiales ceramicos; materiales ceramicos infiltrados con un aglomerante polimero; una mezcla de material ceramico con una cantidad de aglomerante metalico; oxido de circonio, oxido de titanio o una mezcla de los mismos; un material polimero y un material polimero que contiene cargas ceramicas.
La capa intermedia puede comprender oxido de circonio estabilizado junto con una capa de union tanto en el lado del sustrato como en el lado del deposito superior para asegurar la integridad mecanica de la estructura de capas.
De manera alternativa, la barrera termica intermedia puede comprender oxido de titanio (TiC>2), posiblemente en forma de mezcla con cromo.
Las ensenanzas de esta descripcion se pueden aplicar a cualquier tipo de cuchilla de recubrimiento que tenga un
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deposito superior resistente al desgaste con una conductividad termica comparativamente alta, en la que se tiene que reducir la transferencia termica a un sustrato situado por debajo.
Se incluyen entre los materiales adecuados para el deposito superior resistente al desgaste a utilizar en una cuchilla, de acuerdo con la presente invencion las aleaciones de Ni y Co o mezclas de las mismas, materiales de WC/Co, WC/CoCr o WC/Ni; materiales de CrC/NiCr; una mezcla de WC y CrC en un aglomerante metalico; recubrimiento de cromo y NiP o NiB depositados quimicamente. El deposito superior resistente al desgaste comprende un material metalico como un carburo con matriz metalica o un cermet.
Tal como es conocido en la ciencia de los materiales, un cermet es un material que contiene una ceramica y un metal. Son ejemplos de cermets WC/Co y WC/Ni.
El grosor del deposito resistente al desgaste se encuentra preferentemente en un rango de aproximadamente de 30 a 300 mm, mas preferentemente de 30 a 150 mm.
La capa intermedia (barrera termica) es depositada preferentemente por proyeccion de plasma o HVOF. La capa superior es proyectada preferentemente por HVOF.
Breve descripcion de los dibujos
La descripcion detallada que se facilita a continuacion hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1a es una representacion esquematica en seccion de una cuchilla, de acuerdo con la presente invencion destinada a su utilizacion en modalidad curvada;
La figura 1b es una representacion esquematica en seccion de una cuchilla, de acuerdo con la presente invencion destinada a su utilizacion en modalidad rigida;
La figura 2 es una vista esquematica que muestra la construccion detallada de las varias capas para una cuchilla de recubrimiento mejorada, de acuerdo con la presente invencion;
La figura 3 es una vista seccional esquematica que muestra la cuchilla de recubrimiento mejorada, de acuerdo con la presente invencion;
La figura 4 es un grafico que muestra mediciones comparativas de pruebas de friccion en seco.
En los dibujos, las partes iguales se han designado con iguales numerales de referencia.
Descripcion detallada
Las cuchillas de recubrimiento que utilizan oxidos ceramicos, tales como alumina u oxido de cromo aplicados por pulverizacion por plasma no estan afectadas del efecto de ondulacion mencionada anteriormente en el caso de friccion en seco. Esto se comprende facilmente teniendo en cuenta su conductividad termica relativamente baja; valores K para alumina en bruto, tal como se indica en la literatura tecnica son aproximadamente de 20-35 W/mK dentro de un rango de temperatura de 20-200°C. Los valores reales para capas proyectadas de forma termica pueden proporcionar valores sustancialmente mas bajos a causa de la porosidad inherente del deposito resultante.
Por otra parte, los materiales WC/Co/Cr, aplicados por HVOF, tienen como resultado una conductividad termica mas bien elevada. Los valores K en la literatura para carburos cementados en masa, se encuentran en un rango de 60-80 W/mK. El deposito de HVOF se supone que se encuentra muy proximo a este rango dado que casi no presenta porosidad.
Las figuras 1a y 1b muestran esquematicamente cuchillas, de acuerdo con la presente invencion para su utilizacion en modalidad curvada (figura 1a) y modalidad rigida (figura 1b), respectivamente. En general, las cuchillas comprenden un sustrato de acero -1- y un deposito superior resistente al desgaste -2- realizado, por ejemplo, a base de un carburo metalico o de un material base de cermet. Entre la capa superior -2- y el sustrato de acero -1-, se ha dispuesto una capa intermedia -3- que tiene una conductividad termica mas baja que la del deposito superior. La funcion de la capa intermedia consiste en reducir la conduccion de calor desde el deposito superior -2- al sustrato de la cuchilla -1 - y reducir de esta manera, la dilatacion termica y la “ondulacion de la cuchilla”.
La figura 2 muestra en mayor detalle una cuchilla, de acuerdo con la presente invencion, en la que la capa intermedia se ha mostrado comprendiendo asimismo recubrimientos de union adyacentes al deposito superior y al sustrato de la cuchilla. Por lo tanto, la capa intermedia -3- esta formada en el ejemplo mostrado en la figura 2 por una capa central -5- y capas interna y externa de union -4- y -6-.
La figura 3 muestra la forma en la que las diferentes capas de la cuchilla estan dispuestas en seccion transversal. En este ejemplo, el chaflan frontal tiene un angulo de unos 35 grados, pero se comprendera que se pueden prever otros chaflanes frontales dependiendo de la aplicacion deseada.
Con vistas a limitar la cantidad de transferencia de calor al sustrato de acero de la cuchilla, limitando por lo tanto, la
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dilatacion termica del acero, se llevaron a cabo los siguientes experimentos.
Experimento 1
Este experimento se refiere a la preparacion de una cuchilla de recubrimiento mejorada que utiliza una capa intermedia ceramica basada en oxido. Tal como se ha mostrado esquematicamente la figura 2, la capa intermedia -3- esta rociada por pulverizacion de plasma y comprende una capa de oxido de circonio estabilizada y dos delgadas capas de union en cada lado de la capa de oxido de circonio.
La cuchilla es preparada llevando a cabo las siguientes etapas:
1. El sustrato de acero de la cuchilla de recubrimiento de 0,381 mm de grosor y 100 mm de anchura es pre-achaflandado, en primer lugar con rectificado a 35 grados en un borde.
2. A continuacion, la seccion del borde rectificado del sustrato es “granallado” en una anchura de 5 mm, utilizando corundum F100.
3. Se dispone a lo largo de la cuchilla una cinta de proteccion, sistema de proteccion del acero u otro medio de enmascarado equivalente para reducir el deposito a la anchura de 5 mm.
4. Se aplica por rociado de plasma una capa de 10 micras de grosor de NiCr(80/20), referencia 4 en la figura
2. Amperit 251.693 de HC. El Starck es un producto tipico adecuado.
5. Se aplica por rociado de plasma una capa con un grosor de 30 micras de oxido de circonio estabilizado, referencia 5 en la figura 2. El SM 6600 de Sulzer Metco es un producto adecuado tipico.
6. Se aplica por pulverizacion de plasma una capa de 10 micras de grosor de NiCr(80/20), referencia 6 en la figura 2. Amperit 251.693 de HC. El Starck es un producto tipico adecuado.
7. Se aplica por pulverizacion HVOF un deposito superior resistente al desgaste de 100 micras (despues de terminacion) de WCCoCr (86/10/4 en % peso). El Diamalloy 5844 de Sulzer Metco es un producto tipico adecuado.
La siguiente tabla 1 indica los parametros de pulverizacion utilizados para preparar una cuchilla de acuerdo con este experimento.
Tabla 1
Capa intermedia Deposito superior
Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 2
Material
NiCr 80/20 ZrO2- 8Y2O3 NiCr 80/20 WC/CoCr 86/10/4
Nombre comercial
Amperit 251.693 SM 6600 Amperit 251.693 Diamaloy 5844
Grosor
(pm) 10 30 10 100
Velocidad de desplazamiento
(m.min-1) 150 150 150 150
Pistola
F4 Suizer Metco F4 Suizer Metco F4 Suizer Metco
Ar
(SLPM) 43 35 43
H2
(SLPM) 9,5 12 9,5
c/3 Intensidad
(A) 500 600 500
cl Voltaje
(V) 72 70 72
Gas portador
(SLPM) 3,5 2,5 3,5
Velocidad alimentacion polvo
(g.min-1) 45 35 45
Distancia pulverizacion
(mm) 120 120 120
Pistola
Chorro de diamante 2600
Gas natural
(SLPM) 189
O O2
(SLPM) 278
> Aire
(SLPM) 360
Gas alimentacion
(SLPM) 12,5
Velocidad alimentacion polvo
(g.min-1) 60
Distancia pulverizacion
(mm) 230
La superficie frontal y superior son pulidas a continuacion para conseguir la geometria requerida, tal como se representa en la figura 3.
Comparando esta cuchilla con una cuchilla con filo de carburo de la tecnica conocida, realizada con un deposito superior resistente al desgaste de unas 150 micras (despues de terminacion) de Diamalloy 5844 la cuchilla de acuerdo con este experimento sustituye 50 micras de material de alta conductividad termica por una capa intermedia que actua como barrera termica.
Experimento 2
Este experimento se refiere a la preparacion de una capa intermedia basada en oxido ceramico y aplicada por
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HVOF. El material escogido es TiO2, que es un oxido de baja conductividad termica y que es sobretodo un oxido que tiene uno de los puntos de fusion de mas bajos (20902C).
La cuchilla es preparada llevando a cabo las siguientes etapas:
1. El sustrato de acero de la cuchilla de recubrimiento de 0,381 mm de grosor y 100 mm de anchura es pre-achaflanado en primer lugar con un rectificado a 35 grados en un borde.
2. A continuacion, el borde rectificado es “granallado” a una anchura de 5 mm con corundum F100.
3. Se dispone a lo largo de la cuchilla una cinta de proteccion, un sistema de proteccion del acero u otro medio de proteccion equivalente para limitar el deposito subsiguiente a la anchura de 5 mm.
4. Se intento pulverizar una capa de 50 micras de TiO2 (Amperit 782.054 de HCStarck) con los parametros indicados en la tabla 2 sin exito. No se consiguio capa, confirmando que este proceso HVOF no es adecuado para fundir particulas de TiO2.
Tabla 2
Capa intermedia 3
Material Denominacion Grosor (pm) Velocidad de desplazamiento (m.min-1)
TiO2 Amperit 782.054 50 150
Pistola Gas natural (SLPM) u_ O2 (SLPM) 0. Aire (SLPM) -c Gas de alimentacion (SLPM) Velocidad alimentacion polvo (g.min-1) Distancia Proyeccion (mm)
Chorro de Diamante 2600 220 380 200 8 20 230
Por lo tanto, el experimento 2 muestra que puede no ser un enfoque adecuado utilizar HVOF para aplicar un deposito formado por TiO2. En otras palabras, el TiO2 parece no ser pulverizable por HVOF. A partir de este experimento poco satisfactorio, se decidio llevar a cabo otros experimentos para encontrar una forma adecuada de producir cuchillas de recubrimiento mejoradas en un procedimiento HVOF.
Con este objetivo, el experimento 3 fue dirigido a la mision de encontrar una matriz metalica pulverizable por HVOF, que pudiera tener la capacidad de retener particulas de oxido, dado que el intento de pulverizar TiO2 puro por HVOF, no habia sido satisfactorio. Por lo tanto, si bien las particulas de oxido, tales como TiO2 son dificiles o incluso imposibles, de pulverizar por HVOF se previo que estas particulas de oxido podian ser depositadas si quedaban retenidas en una matriz metalica, de manera que la propia matriz metalica fuera bien adecuada para deposito HVOF.
Finalmente, en el experimento 4, se preparo una capa intermedia realizada a base de un compuesto metalico y ceramico pulverizable por HVOF. En este experimento, el material de oxido fue depositado en forma de particulas retenidas en una matriz metalica.
Experimento 3
Este experimento se refiere a la preparacion de una cuchilla de recubrimiento mejorada utilizando una capa intermedia basada en un metal. La capa intermedia -3- esta constituida por Ni/Cr (80/20). En este caso, tanto la capa intermedia como la capa superior resistente al desgaste son aplicadas por HVOF.
La cuchilla se prepara mediante las siguientes etapas:
1. El sustrato de acero de la cuchilla de recubrimiento con un grosor de 0,381 mm y una anchura de 100 mm es en primer lugar achaflanada con pulido a 35 grados en un borde.
2. A continuacion, el borde pulido es “granallado” con una anchura de 5 mm, con corundum F100.
3. Se dispone a lo largo de la cuchilla una cinta de enmascarado, un sistema de enmascarado de acero u otro medio de enmascarado equivalente para reducir el deposito subsiguiente a la anchura de 5 mm.
4. Se aplica por pulverizacion HVOF, una capa de 50 micras de NiCr(80/20), referencia 3 en la figura 2. El Amperit 251.090 de la firma HCStarck es un producto tipico adecuado.
5. Se aplica por pulverizacion HVOF, un deposito de 100 micras (despues de acabado) de la parte superior resistente al desgaste de WC/Co/Cr (86/10/4 en % en peso). El Diamalloy 5844 de Sulzer Metco es un producto tipico adecuado.
La siguiente tabla 3 facilita los parametros de pulverizacion utilizados para preparar una cuchilla de acuerdo con este experimento.
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Tabla 3
Capa intermedia 3 Deposito superior
Material Denominacion Grosor (pm) Velocidad de , . -n , . . . (m.min ) desplazamiento
NiCr 80/20 Amperit 251.090 50 150 WC/CoCr 86/10/4 Diamalloy 5844 100 150
Pistola Gas natural (SLPM) O2 (SLPM) O Aire (SLPM) x Gas de alimentacion (SLPM) Velocidad alimentacion , . -n i (g.min') polvo va ' Distancia Proyeccion (mm)
Chorro de Diamante 2600 200 350 300 15 20 230 Chorro de Diamante 2600 189 278 360 12,5 60 230
Experimento 4
Este experimento se refiere a la preparacion de una cuchilla de recubrimiento mejorada utilizando un material compuesto ceramico/metalico para la capa intermedia. En este caso, tanto la capa intermedia como el deposito superior resistente al desgaste son aplicados por HVOF.
La cuchilla se prepara mediante las siguientes etapas:
1. El sustrato de acero de la cuchilla de recubrimiento con un grosor de 0,381 mm y una anchura de 100 mm es en primer lugar achaflanada con pulido a 35 grados en un borde.
2. A continuacion, el borde pulido es “granallado” con una anchura de 5 mm, con corundum F100.
3. Se dispone a lo largo de la cuchilla una cinta de enmascarado, un sistema de enmascarado de acero u otro medio de enmascarado equivalente para reducir el deposito subsiguiente a la anchura de 5 mm.
4. Se aplica por pulverizacion HVOF una capa de 50 micras de una mezcla de 2/3 NiCr(80/20) (Amdry 4532 de SulzerMetco) y 1/3 TiO2 (Amperit 782.084) en peso.
5. Se aplica por pulverizacion HVOF, un deposito de 100 micras (despues de acabado) de la parte superior resistente al desgaste de WC/Co/Cr (86/10/4 en % en peso). El Diamalloy 5844 de Sulzer Metco es un producto tipico adecuado.
La siguiente tabla 4 facilita los parametros de pulverizacion utilizados para preparar una cuchilla, de acuerdo con el experimento 4.
Tabla 4
Capa intermedia 3 Deposito superior
Material Denominacion Grosor (pm) Velocidad de , . -1, , . . . (m.min ) desplazamiento
2/3 NiCr(80/20) 1/3 TO Amdry 4532/Amperit 782.054 50 150 WC/CoCr 86/10/4 Diamalloy 5844 100 150
Pistola Gas natural (SLPM) O2 (SLPM) O Aire (SLPM) x Gas de alimentacion (SLPM) Velocidad alimentacion , . -1. polvo va ' Distancia Proyeccion (mm)
Chorro de Diamante 2600 210 380 250 12 25 190 Chorro de Diamante 2600 189 278 360 12,5 60 230
Se llevo a cabo una investigacion por analisis de la seccion transversal por microscopio electronico (SEM) de la capa intermedia pulverizada del modo indicado. De manera sorprendente, el analisis EDX semicuantitativo indico una cantidad de TiO2 en la capa intermedia en el mismo nivel que la del material inicial mezclado.
Polvo inicial mezclado: TiO2 33% NiCr67%
Capa intermedia medida por EDX: TiO2 30% NiCr70%
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Por lo tanto, no se esperaba obtener un grado “casi perfecto” de retencion de TiO2 dentro de la matriz metalica. Esta capa intermedia especffica se espera que actue favorablemente con respecto al efecto de barrera termica.
Pruebas de laboratorio de rozamiento en seco
Para evaluar el potencial de las diferentes capas intermedias preparadas de acuerdo con los experimentos anteriores, se llevo a cabo una prueba de rozamiento en seco, que comprende lo siguiente:
- Para simular el rodillo de apoyo en el recubrimiento mediante cuchilla, se utilizo un rodillo recubierto de goma con un diametro de 150 mm y una anchura de 80 mm que gira a la velocidad predeterminada por un sistema de impulsion mediante motor con control de velocidad en bucle cerrado,
- Sobre el rodillo se aplica una hoja de papel sobre el material basado en goma y se cambia despues de cada prueba; el papel utilizado es papel dotado de recubrimiento (100 g.m-2) y la prueba de rozamiento se lleva a cabo contra su cara lisa,
- Un soporte de cuchilla de tipo ABC (BTG UMV/Suecia) se utiliza, incluyendo un sistema de carga neumatica para aplicar el borde inclinado de una muestra de cuchilla con una longitud de 100 mm contra el papel, en seco.
- Se utiliza para determinar el aumento de temperatura en la cuchilla un termopar altamente reactivo aplicado en la parte posterior de cada cuchilla en la parte media de la anchura de la cuchilla,
- Se utiliza un sistema de captacion de datos para posibilitar la capacidad, almacenamiento y visualizacion de la respuesta del termopar y tambien de la carga del motor a lo largo del tiempo de la prueba de rozamiento en seco.
Las condiciones practicas eran las siguientes:
Frecuencia de la impulsion del motor: 17,5 Hz
Presion del accionador: 1,6/1,0 bar
Duracion de la prueba: 20 seg
Cada una de las muestras de cuchilla fue comprobada dos veces; una primera vez para ajustar el contacto contra el papel nuevo a lo largo de toda la anchura y una segunda prueba para medir el aumento de temperatura y la carga de la cuchilla. La figura 4 es un ejemplo tfpico del resultado de dicha prueba, obtenido para el estado de la cuchilla del estado de la tecnica sin capa intermedia. Se puede apreciar que la temperatura del lado opuesto del sustrato de la cuchilla de acero puede alcanzar unos 176°C despues de solamente 20 segundos de rozamiento en seco. Suponiendo un coeficiente lineal de dilatacion termica de 12x 10-6/°C, la dilatacion interna de la punta de una cuchilla de 1 m en dichas condiciones viene proporcionada por:
Incremento de longitud=
1 m longitud x 12x 10-6 / oC x (176-20) oC = 1,85 mm
Los resultados de indican en la siguiente tabla 5, en la que los resultados obtenidos para una cuchilla del estado de la tecnica WCCoCr se comparan con los resultados obtenidos para cuchillas, de acuerdo con los experimentos 1,3 y 4 que se han descrito. Para comparacion adicional, se presentaron los resultados respecto a cuchillas ceramicas de la tecnica anterior.
Tabla 5
Grosor Capa intermedia Grosor total (mm) Temperatura maxima (oC) Carga del motor (V)
Experimento
capa superior (mm) Tipo Grosor (mm) H O O dl (mm.m-1)
Estado de la
tecnica
140 Ninguno 140 176 154 1,85 1,5
WCCoCr
(referencia)
1
105 NiCr/ZrO2/NiC 45 150 124 104 1,25 1,4
3
96 NiCr 35 151 145 123 1,47 1,3
4
95 (NiCr + TiO2) 33 128 143 121 1,45 1,35
mezcla
Estado de la tecnica Cr2O3/TiO2
140 ninguno - 140 106 84 1,00 1,2
(85/15) Estado de la tecnica (Al2O3/TiO2
140 ninguno 140 89 67 0,80 1,3
(97/3)
Tal como se esperaba, una cuchilla, de acuerdo con el anterior experimento 1 muestra una temperatura de la punta mucho mas baja, despues de 20 segundos de friccion en seco en comparacion con la referencia del estado de la tecnica WC/Co/Cr. El experimento 4 fue sorprendente, en lo que se refiere al grado de acoplamiento de partfculas de oxido de titanio y mostro una reduccion sustancial de la temperatura maxima y de la dilatacion termica subsiguiente.
5 Todavfa mas sorprendente es el hecho de que el experimento 3, utilizando solamente la matriz correspondiente al experimento 4 facilita tambien resultados muy interesantes. Esto fue totalmente inesperado, dado que el NiCr no se considera un material para barrera termica en el sector de la pulverizacion termica. Al combinar dos materiales de pulverizacion bien conocidos de forma innovativa se obtuvo una mejora de las propiedades termicas de la cuchilla, que pueden reducir notablemente las limitaciones anteriormente descritas, manteniendo, no obstante la simplicidad 10 de la utilizacion de un proceso unico de fabricacion.
Conclusion
Se han dado a conocer cuchillas de recubrimiento mejoradas y tambien procedimientos para la fabricacion de dichas 15 cuchillas. Las cuchillas de la invencion tienen un deposito intermedio del borde efectivo para reducir la transferencia de calor desde el deposito superior resistente al sustrato de la cuchilla. En una realizacion, la capa intermedia esta formado por NiCr, posiblemente con partfculas de oxido incluidas. De manera adecuada, la capa intermedia y el deposito superior son aplicados por un procedimiento HVOF. Tambien se preve que la capa intermedia puede ser depositada por rociado de plasma. La capa intermedia puede comprender oxido de circonio estabilizado.
20

Claims (23)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Cuchilla de recubrimiento, que comprende: un sustrato (1) en forma de un fleje metalico; y
    un deposito superior (2) resistente al desgaste que recubre un borde de trabajo de la cuchilla, destinado a establecer contacto con una lamina de papel en movimiento;
    caracterizada porque el deposito superior resistente al desgaste comprende un material metalico, un carburo con matriz metalica o un cermet, y existiendo una capa intermedia (3) entre el sustrato y el deposito, cuya capa intermedia tiene una conductividad termica mas reducida que dicho deposito superior.
  2. 2. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 1, en la que la conductividad termica de la capa intermedia es inferior a 0,5 veces la del deposito superior, preferentemente por debajo de 0,2 veces la del deposito superior.
  3. 3. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 1 o 2, en la que la capa intermedia tiene un grosor que esta comprendido dentro de un rango de 10 mm hasta 100 mm, preferentemente dentro de un rango de 20 mm a 80 mm.
  4. 4. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 1 o 2, en la que la capa intermedia tiene un grosor aproximadamente 50% del deposito superior.
  5. 5. Cuchilla de recubrimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa intermedia comprende una capa de recubrimiento de union interna (4), una capa central de oxido ceramico (5), y una capa de recubrimiento de union externa (6); de manera que la capa de oxido ceramico central comprende un material seleccionado entre oxido de circonio, oxido de titanio o una mezcla de los mismos.
  6. 6. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 5, en la que la capa central comprende oxido de circonio estabilizado.
  7. 7. Cuchilla de recubrimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la capa intermedia comprende NiCr.
  8. 8. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 7, comprendiendo la capa intermedia, ademas particulas de oxido ceramico embebidas en la matriz metalica de NiCr.
  9. 9. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 8, en la que las particulas embebidas comprenden oxido de titanio.
  10. 10. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 7, en la que la capa intermedia esta formada por NiCr 80/20.
  11. 11. Cuchilla de recubrimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa intermedia comprende un material seleccionado entre materiales ceramicos, oxido de circonio, oxido de titanio, materiales polimeros o cualquier mezcla de los mismos.
  12. 12. Cuchilla de recubrimiento, segun la reivindicacion 5, en la que la capa intermedia comprende oxido de titanio en mezcla con cromo (Cr).
  13. 13. Cuchilla de recubrimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que el deposito superior resistente al desgaste es seleccionado entre aleaciones de Ni y Co, materiales de WC/Co, WC/CoCr o WC/Ni; materiales de CrC/NiCr; WC y CrC en un aglomerante metalico; recubrimiento de cromo; y NiP o NiB depositados quimicamente.
  14. 14. Cuchilla de recubrimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el deposito superior resistente al desgaste tiene un grosor dentro de un rango de 30 mm a 300 mm, preferentemente de 30 mm a 150 mm.
  15. 15. Procedimiento para la fabricacion de cuchillas de recubrimiento, que comprende las siguientes etapas:
    (i) depositar una primera capa sobre un sustrato de acero (1);
    (ii) depositar una segunda capa sobre la primera capa,
    caracterizado porque
    la segunda capa constituye el deposito superior (2) resistente al desgaste, que comprende un material metalico, un carburo con una matriz metalica, o un cermet, y en el que
    la primera capa constituye una capa intermedia (3), que tiene una conductividad termica mas baja que dicho deposito superior, que es eficaz para reducir la transferencia de calor desde la segunda capa al sustrato.
    5
    10
    15
    20
    25
  16. 16. Procedimiento, segun la reivindicacion 15, en el que tanto la primera como la segunda capas son depositadas por medio de un procedimiento de pulverizacion HVOF.
  17. 17. Procedimiento, segun la reivindicacion 16, en el que la etapa de depositar la primera capa comprende el deposito de una capa que contiene particulas de oxido retenidas en una matriz metalica.
  18. 18. Procedimiento, segun la reivindicacion 16, en el que la etapa de depositar la primera capa comprende el deposito de una matriz metalica pura.
  19. 19. Procedimiento, segun la reivindicacion 17 o 18, en el que la matriz metalica esta formada por NiCr, preferentemente en una relacion de 80 por ciento en peso de Ni y 20 por ciento en peso de Cr.
  20. 20. Procedimiento, segun la reivindicacion 15, en el que la primera capa es depositada por medio de pulverizacion por plasma y la segunda capa es depositada por medio de pulverizacion HVOF.
  21. 21. Procedimiento, segun la reivindicacion 20, en el que la etapa de deposito de la primera capa comprende el deposito de una capa de oxido de circonio estabilizado.
  22. 22. Procedimiento, segun la reivindicacion 20 o 21, que comprende las etapas de deposito de un recubrimiento de union interno (4) situado entre el sustrato y la primera capa, y depositando un recubrimiento de union externo (6) localizado entre la primera capa y la segunda capa.
  23. 23. Procedimiento, segun la reivindicacion 22, en el que la capa de union interna y externa estan formadas por NiCr.
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