ES2213788T3

ES2213788T3 - Material en forma de polvo o alambre para un revestimiento, asi como procedimiento correspondiente.

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Publication number: ES2213788T3
Application number: ES97109429T
Authority: ES
Inventors: Gary Robert Dr. Heath; Peter Dr. Heimgartner; Ingo Dr. Kretschmer
Original assignee: MEC Holding GmbH
Current assignee: MEC Holding GmbH
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: ATE259000T1; JPH1068034A; CA2208647A1; US6322857B1; EP0818549A1; US6027583A; EP0818549B1; US6187115B1; CA2208647C

Abstract

UN MATERIAL EN FORMA DE POLVO O DE ALAMBRE CONFORMADO DE NIQUEL PARA LA FABRICACION DE UN RECUBRIMIENTO DE ALTA RESISTENCIA A LA CORROSION Y AL DESGASTE MEDIANTE UN PROCEDIMIENTO DE RECUBRIMIENTO TERMICO PRESENTA LA SIGUIENTE COMPOSICION (EN % EN PESO): EL MATERIAL EN FORMA DE POLVO SE PUEDE ALEAR Y FORMAR EL POLVO A PARTIR DE LA CORRIENTE DE FUSION O AGLOMERAR PARTIR DE DIFERENTES POLVOS METALICOS ALEADOS Y NO ALEADOS. EL MATERIAL DE RECUBRIMIENTO TAMBIEN PUEDE UTILIZARSE COMO ALAMBRE DE RELLENO O COMO MATERIAL EN FORMA DE BARRA ALEADO Y VACIADO.

Description

Material en forma de polvo o alambre para un revestimiento, así como procedimiento correspondiente.

El invento se refiere a un material en forma de polvo o alambre, sobre la base de níquel, destinado a la producción de un revestimiento mediante un procedimiento de revestimiento térmico. Además, el invento abarca procedimientos para la aplicación de tal material.

La utilización de aleaciones sobre la base de níquel con adiciones de cromo y molibdeno para la protección contra el desgaste y la corrosión se conoce desde hace mucho tiempo, y éstas se emplean con éxito en muchas ramas de la industria para la proyección y la soldadura térmicas.

Así, por ejemplo, el documento de patente de los EE.UU. US-A-4325995 describe un gran número de aleaciones sobre la base de níquel con adiciones tales como las de cromo, molibdeno, boro, silicio y otros componentes. También del documento US-A-3999952 se pueden tomar aleaciones comprendidas en el intervalo de aleación de 5 a 15% en peso de B; de 5 a 50% en peso de Cr; de 1 a 50% en peso de Mo; y de 20 a 96% en peso de Fe, que además pueden contener de manera adicional de 1 a 50% en peso de Ni.

Si se consideran estos dos documentos -- o los documentos de solicitudes de patentes alemanas DE-A-2556960 y DE-A-3823140 --, entonces se comprueba que éstos discuten predominantemente el revestimiento o la producción de cuerpos sinterizados. En los casos de estas aleaciones conocidas con anterioridad se hace mención a su buena estabilidad o resistencia frente a la corrosión.

El documento de solicitud de patente británica GB-A-826780 describe aleaciones sobre la base de níquel con partes componentes de C, Cr, Fe, Si, B, Cu, Mo para proyetar con subsiguiente fusión un intervalo de molibdeno de 3 a 10%. Como contenidos típicos de Mo se mencionan además los de 4,5 a 5,5% o respectivamente de 4,5 a 5% de Mo.

Del documento de solicitud de patente europea EP 0223135 A1 se puede tomar un campo, algo más alto cuantitativamente, de aleaciones de Mo, que sin embargo siempre está acoplado con una adición de por lo menos 0,5 a 18% de W. El contenido preferido de W es de 1 a 4%, combinado con unos contenidos de C de por lo menos 0,5% a 1,0%, lo cual repercute negativamente desde el punto de vista químico y de corrosión. Como ejemplo negativo frente a las aleaciones que contienen wolframio, se expone una aleación sin wolframio muy susceptible a la fisuración, que se comporta muy desfavorablemente en el caso de solicitaciones de corrosión y de desgaste.

Conociendo este estado de la técnica, el autor del invento se ha establecido la meta de mejorar más ampliamente las composiciones de aleaciones de estos tipos, y sobre todo elevar la estabilidad frente a la corrosión y al desgaste por encima del nivel de magnitud conocido hasta ahora.

A la resolución del problema planteado por esta misión conducen las enseñanzas de las reivindicaciones de patente independientes; las reivindicaciones subordinadas indican formas de ejecución favorables.

Gracias al invento, se hizo posible de hecho producir aleaciones y llevar a cabo con ellas revestimientos, cuyas estabilidades frente a la corrosión y al desgaste llegan mucho más allá de estas propiedades de las aleaciones conocidas. Esto se realiza bien mediante la adición de cobre en un determinado intervalo de aleación de los elementos aditivos molibdeno, cromo, carbono, boro así como silicio, y concretamente en los siguientes intervalos (expresados en cada caso en % en peso)

C	0,01 - 0,05;
Cr	14,0 - 20,0;
Mo	10,0 - 18,0;
Fe	0,5 - 5,0;
Si	4,0 - 6,5;
B	1,5 - 3,5;
Cu	0,1 - 4,0;
Ni	el resto;

en particular

C	0,05 - 0,3;
Cr	15,0 - 18,0;
Mo	12,0 - 16,0;
Fe	2,0 - 4.0;
Si	4,5 - 5,5;

B	2,0 - 3,0;
Cu	2,0 - 3,0;
Ni	el resto.

El material para revestir se emplea preferentemente en forma de polvo, y entonces se puede mezclar adicionalmente con un polvo de Ni - B - Si y/o con un polvo de Ni - Cr - B - Si.

Dentro del marco del invento se encuentra también un procedimiento para la aplicación de un material conforme al invento con el fin de producir revestimientos con una alta estabilidad frente a la corrosión y al desgaste sobre una pieza de trabajo mediante un procedimiento de revestimiento térmico, en el que el material para revestir se alea y se proyecta a partir de un líquido fundido o, por el contrario, se aglomera a partir de diferentes polvos metálicos aleados y no aleados.

Además, se ha manifestado como favorable emplear el material para revestir en forma de un alambre relleno o como un material en forma de barra aleado y moldeado por colada.

La aplicación del material conforme al invento se puede efectuar por proyección térmica mediante un procedimiento de soldadura por aplicación de un polvo en plasma, un procedimiento de proyección a la llama con posterior fusión, un procedimiento de proyección a la llama -- en particular un procedimiento de proyección a la llama a alta velocidad --, un procedimiento de proyección en arco eléctrico de dos alambres, o con un procedimiento de soldadura en arco eléctrico.

Los ensayos realizados han puesto de manifiesto que un revestimiento producido del modo que se ha descrito posibilita preferentemente los siguientes casos de empleo:

\bullet: como capa protectora frente a altas temperaturas;

\bullet: como capa protectora frente a la corrosión;

\bullet: como capa protectora frente al desgaste.

Estas capas protectoras sirven para la protección frente al desgaste y la corrosión en la industria química o en la industria farmacéutica, en la industria papelera, en la industria del vidrio o en la industria elaboradora de materiales sintéticos y plásticos.

Otras ventajas, características y particularidades del invento se ponen de manifiesto a partir de la siguiente descripción de preferidos Ejemplos de realización.

Ejemplo 1

Una caja protectora de árbol muy intensamente corroída en la superficie para un mecanismo agitador de la industria papelera debió de ser revestido mediante proyección a la llama y posterior fusión con una aleación en forma de polvo, espontáneamente fluyente, con una alta estabilidad frente al desgaste y a la corrosión. La composición de la aleación escogida (expresada en % en peso) era:

C	0,1;
Cr	16,5;
Mo	13,2;
Fe	4,5;
B	3,5;
Si	5,0;
Cu	1,5;
Ni	el resto.

Después de haber limpiado y repasado la superficie corroída, ésta se preparó previamente por tratamiento con chorros de un corindón que tenía una distribución de tamaños de granos comprendidos entre 0,3 y 0,6 mm, así como a continuación se aplicó por proyección una capa con un espesor de capa de 1,4 mm con un quemador autógeno para proyección a la llama. Después de la aplicación por proyección, la capa se fundió con en quemador autógeno para fusión y -- con el fin de evitar fisuras -- se enfrió de manera lenta.

La caja protectora de árbol, revestida, después de su enfriamiento a la temperatura ambiente, se mecanizó por torneado y rectificación para dar una aspereza superficial de 3 \mum Ra. En la superficie de la capa no se pudo detectar por vía óptica ningún defecto.

Después del período de tiempo máximo de funcionamiento, conocido para la caja protectora de árbol, no revestida, la caja revestida -- tal como se ha expuesto precedentemente -- se desmontó. Al realizar el control del revestimiento no se pudo comprobar ningún ataque corrosivo después de este período de tiempo de funcionamiento.

Ejemplo 2

El vástago de una bomba que trabajaba en una instalación química, que por causa del medio elaborado en ésta -- y de los cristales salinos precipitados allí contenidos -- estaba sometido a una muy intensa solicitación de corrosión y desgaste, tuvo que ser cambiado, a causa de esta solicitación del árbol de la bomba, después de un período de tiempo de funcionamiento de aproximadamente dos semanas.

Entonces se debió de intentar prolongar, mediante un revestimiento, este muy corto período de tiempo de funcionamiento. Puesto que la pieza componente es relativamente sensible al calor, esta capa se tuvo que aplicar sin fusión, por lo que como procedimiento para revestir se tuvo que recurrir a la proyección a la llama a alta velocidad (conocida abreviadamente como HVOF).

El material en forma de polvo, escogido para este revestimiento, tenía la siguiente composición química (expresada en % en peso):

C	0,4;
Cr	18,2;
Mo	16,1;
Fe	4,1;
B	2,1;
Si	5,5;
Cu	3,0;
Ni	el resto.

Después de haber preparado previamente la superficie que se había de revestir mediante tratamiento con chorros de carburo de silicio, ésta se revistió en un espesor de 0,3 mm con una pistola de HVOF mediando utilización del material para proyectar en forma de polvo que se había escogido; la temperatura de la pieza estaba situada en 80ºC durante el proceso de revestimiento.

La capa acabada de mecanizar tenía sobre el vástago de bomba un espesor de capa de 0,2 mm junto con una muy buena calidad superficial.

Tal como se comprobó en el caso de un ensayo de funcionamiento, por medio del revestimiento aplicado, la durabilidad del vástago de bomba se aumentó por un valor 3 veces mayor.

Ejemplo 3

Un recipiente para almacenamiento intermedio con un diámetro de 2,50 m y una profundidad de 3,0 m para soluciones celulósicas en una fábrica de papel debió ser protegido frente a la corrosión. A la vista de las dimensiones del recipiente para almacenamiento intermedio, se propuso el procedimiento de proyección en arco eléctrico de dos alambres a causa de su caudal relativamente alto de paso del material para proyectar, con el fin de acortar el período de tiempo de parada para efectuar el revestimiento..

Como material aditivo para proyección se utilizaron alambres rellenos con un diámetro de 1,6 mm. La composición de la capa aplicada (expresada en % en peso) era la siguiente:

C	0,5;
Cr	17,0;
Mo	15,2;
Fe	3,0;
B	2,5;
Si	4,5;
Cu	3,0.

La preparación previa de la superficie que se había de revestir se efectuó por tratamiento con chorros de un corindón con un tamaño de granos comprendido entre 0,6 y 0,8 mm. Inmediatamente después de la preparación previa, la superficie se sometió a proyección de una manera semiautomática, mediando utilización de una disposición de movimiento para la pistola de proyección. Los parámetros de proyección eran:

Intensidad de corriente eléctrica	200 A;
Tensión eléctrica	32 V;
Presión del aire para atomizar	4,5 bar;
Caudal de paso del material para proyectar	8 kg/h;
Distancia de proyección	de 200 a 250 mm.

El espesor de capa fue de 1,2 mm después de haber proyectado. Con el fin de aminorar la aspereza de la capa resultante, la superficie se pulió ligeramente después de haberla revestido. La capa acabada no tenía ningún defecto ni ninguna grieta visibles.

El resultado del tratamiento era muy satisfactorio, pero hasta ahora no se pudo dar ninguna información acerca de los resultados a largo plazo en el caso de su empleo.

Claims

1. Material en forma de polvo o alambre sobre la base de níquel con partes componentes de C, Cr, Fe, Si, B, Cu para el revestimiento mediante un procedimiento de revestimiento térmico, en el que un material en forma de polvo o alambre destinado a la producción de un revestimiento con alta estabilidad frente a la corrosión y al desgaste tiene una composición (expresada en % en peso) comprendida dentro de los siguientes límites:

C 0,01 - 0,05; Cr 14,0 - 20,0; Mo 10,0 - 18,0; Fe 0,5 - 5,0; Si 4,0 - 6,5; B 1,5 - 3,5; Cu 0,1 - 4,0; Ni el resto.

2. Material de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material en forma de polvo o alambre tiene una composición (expresada en % en peso) comprendida dentro de los siguientes límites:

C 0,05 - 0,3; Cr 15,0 - 18,0; Mo 12,0 - 16,0; Fe 2,0 - 4.0; Si 4,5 - 5,5; B 2,0 - 3,0; Cu 2,0 - 3,0; Ni el resto.

3. Material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, que en una forma apropiada en particular para la proyección a la llama y la posterior fusión con una aleación en forma de polvo espontáneamente fluyente, tiene la siguiente composición (expresada en % en peso):

C 0,1; Cr 16,5; Mo 13,2; Fe 4,5; Si 5,0; B 3,5; Cu 1,5; Ni el resto.

4. Material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que está en forma de polvo y en particular para la aplicación por proyección a la llama a alta velocidad presenta la siguiente composición (expresada en % en peso):

C 0,4; Cr 18,2; Mo 16,1; Fe 4,1; Si 5,5; B 2,1; Cu 3,0. Ni el resto.

5. Material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, que en forma de alambre relleno, en particular en el caso de su aplicación por el procedimiento de proyección en arco eléctrico de dos alambres, forma una capa proyectada con la siguiente composición (expresada en % en peso):

C 0,5; Cr 17,0; Mo 15,2; Fe 3,0; Si 4,5; B 2,5; Cu 3,0.

6. Procedimiento para la aplicación de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, para la producción de revestimientos con alta estabilidad frente a la corrosión y al desgaste sobre una pieza de trabajo mediante un procedimiento de revestimiento térmico, en el que el material para revestir en forma de polvo se alea y se proyecta a partir de un líquido fundido, caracterizado por un material en forma de polvo mezclado con un polvo de Ni - B - Si y/o un polvo de Ni - Cr - B - Si.

7. Procedimiento para la aplicación de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, para la producción de revestimientos con alta estabilidad frente a la corrosión y al desgaste sobre una pieza de trabajo mediante un procedimiento de revestimiento térmico, en el que el material para revestir en forma de polvo se aglomera a partir de diferentes polvos metálicos aleados y no aleados, caracterizado por un material en forma de polvo mezclado con un polvo de Ni - B - Si y/o un polvo de Ni - Cr - B - Si.

8. Procedimiento para la aplicación de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, por proyección térmica.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el material es revestido mediante un procedimiento de soldadura por aplicación de un polvo en plasma.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el material es revestido mediante un procedimiento de proyección a la llama, en particular mediante un procedimiento de proyección a la llama a alta velocidad, o mediante un procedimiento de proyección a la llama con posterior fusión.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el material es revestido mediante un procedimiento de proyección en arco eléctrico de dos alambres o mediante un procedimiento de soldadura en arco eléctrico.