Procedimiento y aparato para la formación de una película de recubrimiento amorfa.

Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amorfa,

el procedimiento comprende lassiguientes etapas:

proyectar una llama que contiene partículas de materiales hacia un material de base desde una tobera, demanera que las partículas de material son fundidas con la llama; y

refrigerar las partículas de material y la llama antes de que alcancen el material de base,

la etapa de refrigerar las partículas de material y la llama es llevada a cabo al proyectar un fluido de refrigeraciónhacia la llama, siendo proyectado el fluido de refrigeración exteriormente hacia la llama en la etapa derefrigeración de las partículas de material y la llama, en el que el fluido de refrigeración es proyectadooblicuamente desde la tobera hacia el eje central de la llama, de manera que el fluido de refrigeración se acercagradualmente al eje central de la llama al desplazarse el fluido de refrigeración desde el lado superior al ladoinferior a lo largo de la dirección de proyección de la llama,

la tobera es una tobera de una pistola de pulverización, incluyendo la pistola de pulverización un cilindro deproyección de gas situado en el exterior del cuerpo principal de la pistola y dispuesto alrededor de la tobera,estando configurado el cilindro de proyección de gas para proyectar un gas de refrigeración para la refrigeracióndel cuerpo principal de la pistola, y

el gas de refrigeración es proyectado desde el cilindro de proyección de gas hacia la llama, a efectos derefrigerar la llama, además del fluido de refrigeración proyectado exteriormente hacia la llama, en la etapa derefrigeración de las partículas de material y la llama,

caracterizado porque

una abertura de proyección del cilindro de proyección de gas tiene un ángulo específico de 9º a 12º para ladirección de proyección del gas de refrigeración, de manera que el ángulo específico se ajusta de manera tal queel ángulo de proyección del gas de refrigeración se ajusta con respecto al eje central de la llama, de manera queel gas de refrigeración proyectado se puede acercar gradualmente al eje central de la llama desde el exterior.

Procedimiento y aparato para la formación de una película de recubrimiento amoría REFERENCIAS CRUZADAS A SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta solicitud se basa en las Solicitudes de Patentes Japonesas anteriores números 2006-221112 y 2007-8477, cuyo contenido se incorpora en su totalidad en la actual a título de referencia.

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un aparato y procedimiento para la formación de la película de recubrimiento amoría, por pulverización, sobre una superficie de un material de base formado a partir de metal, etc.

ANTECEDENTES TÉCNICOS

De modo general, un metal amorfo tiene una estructura atómica irregular distinta del estado cristalino, muestra una resistencia mecánica relativamente elevada y elevada resistencia a la corrosión, y tiene excelentes características magnéticas. Por lo tanto, se han realizado varios estudios y desarrollos de un procedimiento para la fabricación de este material y para la utilización del mismo. Además, se han hecho varias propuestas con respecto a una técnica para formar una película de recubrimiento amoría pulverizando un material sobre una superficie de un objeto. Será muy ventajoso que dicha película de recubrimiento amoría se pueda formar por pulverización y esta formación se puede conseguir mediante un simple equipo de pulverización, y así como por trabajo en el aire en cualquier lugar de trabajo determinado. La razón de ello, es que esta formación de la película de recubrimiento puede ser aplicada fácilmente a un área considerablemente grande. De modo general, aunque no se encuentre en estado completamente amorfo, un material que contiene parcialmente una parte cristalina puede mostrar también excelentes características en cuanto a resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, así como propiedades magnéticas.

En el documento JP55-88843A (Documento de Patente 1) , se describe un procedimiento para la formación de una película de recubrimiento, en el que se obtiene un producto amorfo por pulverización de un material aleado fundido por pulverización de plasma, junto con una llama, hacia un material de base desplazado a una velocidad relativamente elevada en dirección vertical a una dirección de pulverización del material pulverizado, procediendo a continuación a enfriar este material sobre el material base. Un aparato utilizado en este procedimiento es del tipo que se ha mostrado en la figura 15. De manera específica, en primer lugar, se suministra metal en polvo a una llama F proyectada desde una tobera 50, y se funde en la llama. A continuación, el polvo metálico fundido de este modo es pulverizado hacia un material de base M. Como resultado, el material en polvo pulverizado de esta manera es enfriado debido al contacto con el material de base M, formándose la película de recubrimiento amoría sobre el material de base M. De manera adicional, se aplica un gas de refrigeración sobre el material de base M a efectos de enfriar su superficie. De esta manera, de acuerdo con este documento, se puede obtener una capa amoría con un grosor de 0, 03 mm o más sobre la superficie del material de base M, que tiene una superficie plana tal como se ha mostrado en el dibujo.

En el documento JP55-88927A (Documento de Patente 2) , se describe un procedimiento para la formación de una 45 película de recubrimiento metálica, en el que se obtiene una aleación amoría por pulverización del material aleado fundido por pulverización de plasma o similar, conjuntamente con la llama, hacia el material de base que gira a alta velocidad, enfriando a continuación este material sobre el material de base. El aparato utilizado en este procedimiento es del tipo mostrado en la figura 16. De manera específica, el polvo metálico es suministrado en primer lugar a la llama F proyectada desde la tobera 50, y es fundido en la llama. A continuación, el metal en polvo fundido de este modo es pulverizado sobre el material de base M. Como resultado, el material de metal en polvo pulverizado de este modo es enfriado debido al contacto con el material de base M. De este modo, se puede formar la película amoría de recubrimiento sobre el material de base M. En el dibujo, el numeral de referencia 90 indica una tobera de enfriamiento para proyectar el gas de refrigeración hacia el material. De acuerdo con este documento de patente 2, si se utiliza una barra redonda como material de base M, tal como se ha mostrado en la figura 16, la 55 aleación amoría con forma de tubo sin soldadura se puede obtener sobre la superficie de dicho material de base.

En el documento JP2006-214000A (Documento de Patente 3) , se da a conocer una técnica para la formación de una capa de cristales metálicos sobre la superficie del material de base. La mayor parte de aleaciones amorías de tipo Fe-P-C altamente resistentes a la corrosión, desarrolladas en los años 60, tienen un rango muy estrecho de temperatura de líquido superenfriado. Por lo tanto, si no se enfrían a una velocidad considerablemente elevada de enfriamiento, tal como 105 K/s o similar, por el procedimiento llamado de rodillo único o similar, dichas aleaciones amorías no pueden ser formadas de manera satisfactoria. Además, aunque se utilice dicho procedimiento de enfriamiento, solamente se puede producir una aleación con forma de cinta delgada, que tiene un grosor de aproximadamente 50 !m o menos. Para intentar solucionar este inconveniente, se ha descubierto en años recientes 65 una nueva aleación que tiene un rango relativamente amplio de temperatura de líquido superenfriado. Es decir, este material de aleación puede ser solidificado en una capa vítrea (o fase amoría) a través del estado líquido superenfriado, incluso si se enfría a baja velocidad, tal como 0, 1 a 100 K/s o similar, después de la fusión. Este material es el que se designa como vidrio metálico o aleación vítrea, y se diferencia de las aleaciones amorías habitualmente conocidas. El Documento de Patente 3 describe un procedimiento y su realización para formar dicho vidrio metálico que se puede enfriar a una velocidad relativamente baja, mostrando un estado líquido superenfriado estable.

Una velocidad de enfriamiento de unos 108 K/s durante la solidificación del material fundido que es pulverizado sobre un sustrato para formar un recubrimiento amorfo es sugerida como preferible en el documento US 4.606.977. No obstante, no se especifica nada en cuanto a la forma de conseguir la velocidad de enfriamiento correspondiente.

De modo general, a efectos de obtener el metal amorfo o un material similar por pulverización del material fundido, junto con una llama, hacia el material de base, es necesario enfriar el material pulverizado a una velocidad de enfriamiento muy elevada, una vez que el material ha sido fundido por la llama. Es decir, es necesario enfriar el material pulverizado, en un tiempo relativamente corto, de manera que el material pueda ser cambiado al estado superenfriado que se desea.

El documento US 2006/0165898 A1 da a conocer un procedimiento y aparato para pulverización mediante llama de, por ejemplo, un material sólido sobre un sustrato, de manera que la temperatura de la llama de las partículas pulverizadas disminuye por el hecho de que la llama y las partículas pulverizadas se enfrían por un medio de enfriamiento antes de que las partículas alcancen el sustrato sobre el que se tienen que pulverizar.

En la realidad, no obstante, resulta difícil enfriar el material pulverizado tan rápidamente que se pueda crear de manera adecuada la capa amoría deseada. Por ejemplo, el material a una elevada temperatura que supera 2000ºC, tal como se aprecia usualmente después de su pulverización junto con la llama, puede ser enfriado a una velocidad

relativamente grande de 104 K/s o superior. No obstante, después de que la temperatura del material haya descendido aproximadamente a varios cientos de grados, es difícil, en general, conseguir esta velocidad de enfriamiento elevada y es también difícil reducir suficientemente la temperatura más baja final. La razón de ello es que, por ejemplo, la diferencia de temperatura con respecto al medio ambiente se reduce considerablemente. De acuerdo con ello, tal como se ha descrito en el Documento de Patente 3, resulta difícil en general obtener un metal amorfo de tipo conocido habitualmente (distinto del vidrio metálico) que tenga un estado amorfo deseado. Por lo tanto, no ha existido hasta el momento un procedimiento de pulverización bien establecido para la producción industrial en masa de dicho metal amorfo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención da a conocer un procedimiento y aparato para la formación por pulverización de una película de recubrimiento amoría (o una película de recubrimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, el procedimiento comprende las siguientes etapas:

proyectar una llama que contiene partículas de materiales hacia un material de base desde una tobera, de manera que las partículas de material son fundidas con la llama; y refrigerar las partículas de material y la llama antes de que alcancen el material de base, la etapa de refrigerar las partículas de material y la llama es llevada a cabo al proyectar un fluido de refrigeración hacia la llama, siendo proyectado el fluido de refrigeración exteriormente hacia la llama en la etapa de refrigeración de las partículas de material y la llama, en el que el fluido de refrigeración es proyectado oblicuamente desde la tobera hacia el eje central de la llama, de manera que el fluido de refrigeración se acerca gradualmente al eje central de la llama al desplazarse el fluido de refrigeración desde el lado superior al lado inferior a lo largo de la dirección de proyección de la llama,

la tobera es una tobera de una pistola de pulverización, incluyendo la pistola de pulverización un cilindro de proyección de gas situado en el exterior del cuerpo principal de la pistola y dispuesto alrededor de la tobera, estando configurado el cilindro de proyección de gas para proyectar un gas de refrigeración para la refrigeración del cuerpo principal de la pistola, y el gas de refrigeración es proyectado desde el cilindro de proyección de gas hacia la llama, a efectos de refrigerar la llama, además del fluido de refrigeración proyectado exteriormente hacia la llama, en la etapa de refrigeración de las partículas de material y la llama, caracterizado porque una abertura de proyección del cilindro de proyección de gas tiene un ángulo específico de 9º a 12º para la dirección de proyección del gas de refrigeración, de manera que el ángulo específico se ajusta de manera tal que el ángulo de proyección del gas de refrigeración se ajusta con respecto al eje central de la llama, de manera que el gas de refrigeración proyectado se puede acercar gradualmente al eje central de la llama desde el exterior.

2. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 1, en el que el fluido de refrigeración es un gas o un gas mezclado con una niebla de líquido.

3. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 2, en el que el fluido de refrigeración contiene un gas inerte.

4. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 1, en el que el 35 gas de refrigeración es un gas inerte.

5. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material de base es también refrigerado, junto con las partículas de material y la llama, por el fluido de refrigeración proyectado hacia la llama, en la etapa de refrigeración de las partículas de material y llama, de manera que la temperatura del material de base puede ser controlada dentro de un rango de 50ºC a 350ºC, mientras que el material de base no es refrigerado por ningún otro medio de refrigeración que el fluido de refrigeración.

6. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las

reivindicaciones 1 a 5, en el que el fluido de refrigeración es proyectado hacia la llama desde una serie de puntos dispuestos alrededor de la llama.

7. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la velocidad de las partículas de material en la llama es acelerada al proyectar fluido de refrigeración hacia la llama.

8. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las partículas de material son fundidas dentro de un tiempo de 5/1000 segundos después de su proyección desde la tobera, siendo enfriados a continuación dentro de 2/1000 segundos a una

velocidad de refrigeración dentro de un rango de 10.000 K/seg a 1.000.000 K/seg.

9. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tamaño de la partícula (R) de las partículas de material se expresa por la siguiente expresión: en la que U indica una cantidad de calor por unidad de superficie y es expresada del modo siguiente:

R = (6U) /{p·C· (v/v0) ½} (cm)

en la que U indica una cantidad de calor por unidad de superficie y es expresada del modo siguiente: 65

U = (la cantidad de calor (cal/ºC) de la partícula de material) / (área superficial de las partícula de material (cm2) ) = C·p·V/A (cal/cm2 ºC)

0, 196/1000 U 1, 96/1000,

y

en la que V es un volumen (cm3) de la partícula de material, A es el área superficial (cm2) de la partícula de material, p es peso específico (g/cm3) del material, C es calor específico (cal/g ºC) de material, v es la velocidad (cm/seg) de las partículas de material cuando es proyectada y v0 es la velocidad de la partícula de material estándar (6000 cm/seg) .

10. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 9, en el que el

tamaño de la partícula de las partículas del material se encuentra dentro de un rango de 10 μm a 100 μm, en el caso 15 en que la velocidad estándar del material en partículas es aproximadamente de 6000 cm/seg.

11. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que se utiliza como llama una llama reductora que contiene de 20 a 30% de volumen de CO, con un contenido de oxígeno menor de la cantidad teórica del oxígeno contenido en una llama normal.

12. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que un material utilizado para usos industriales en general y que contiene impurezas dentro del rango de 0, 1% a 0, 6% es utilizado como partículas de material.

13. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 12, en la pistola de pulverización que incluye la tobera se utiliza en el aire para pulverizar partículas de material, sobre una superficie del material de base, mientras que la cara posterior y la interior del material de base no son refrigeradas.

14. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que un material de tipo de impurezas de Fe (r1) -Cr (r2) -P (r3) -C (r4) como partículas de material para formar la película de recubrimiento amoría de un tipo de aleación hierro-cromo, en la que todos los ri desde r1 a r4 indican un porcentaje atómico (%) y satisfacen la siguiente expresión:

Iri = r1 + r2 + r3 + r4 . 100,

en la que 65<r1<75, 4<r2<15, 8<r3<17, 1<r4<8, y en la que el contenido de las impurezas se encuentra dentro del rango de 0, 1 a 0, 6% en peso.

15. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 14, en el que r1, r2, r3, r4 son 70, 10, 13, 7, respectivamente.

16. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 15, en el que el tamaño en partículas de las partículas de material se encuentra dentro de un rango de 38 !m a 63 !m.

17. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que un material de tipo de impurezas de Fe (r1) -Cr (r2) -P (r3) -C (r4) como partículas de material, para formar la película de recubrimiento amoría de una aleación magnética, en la que todos los ri desde r1 a r4 indican un porcentaje atómico (%) y satisface la siguiente expresión:

Iri = r1 + r2 + r3 + r4 . 100,

en la que

2<r1<85, 11<r2<16, 3<r3<12, 1<r4<72,

y en la que el contenido de las impurezas es de 0, 6% en peso o inferior.

18. Procedimiento para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 17, en el que r1, r2, r3, r4 son 81, 13, 4, 2, respectivamente.

19. Aparato para la formación de una película de recubrimiento amoría por pulverización, cuyo aparato comprende:

una pistola de pulverización configurada para proyectar una llama que contiene partículas de material hacia un material de base, de manera que las partículas de material se funden con la llama, incluyendo la pistola de pulverización una tobera de proyección de la llama para proyectar la llama y un cilindro de proyección de gas dispuesto alrededor de la tobera de proyección de la llama, y configurado para proyectar un gas de refrigeración para la refrigeración del cuerpo principal de la pistola; y

el cilindro de proyección de gas está situado en el exterior del cuerpo principal de la pistola; y un mecanismo de refrigeración configurado para controlar las partículas de material y la llama proyectada desde la tobera de proyección de la llama antes de que alcance el material de base, incluyendo el mecanismo de refrigeración una tobera de proyección del fluido de refrigeración configurada para proyectar exteriormente un fluido de refrigeración hacia la llama,

caracterizado porque la abertura de proyección del cilindro de gas tiene un ángulo específico de 9º a 12º para una dirección de proyección de gas de refrigeración, en el que el ángulo específico es ajustado de manera tal que el ángulo de proyección del gas de refrigeración se ajusta con respecto al eje central de la llama, de manera que el gas de refrigeración proyectado puede acercarse gradualmente al eje central del gas desde el exterior.

20. Aparato para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 19, en el que la tobera de proyección del fluido de refrigeración comprende una serie de toberas situadas respectivamente en dirección circunferencial alrededor de la llama.

21. Aparato para la formación de una película de recubrimiento amoría, según la reivindicación 19 ó 20, en el que la tobera de proyección del fluido de refrigeración está configurada para proyectar oblicuamente el fluido de refrigeración hacia el eje central de la llama, de manera que el fluido de refrigeración se acerca gradualmente al eje central de la llama al desplazarse el fluido de refrigeración desde el lado superior al lado inferior a lo largo de la dirección de proyección de la llama.

22. Aparato para la formación de una película de recubrimiento amoría, según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en el que la tobera de proyección de fluido está configurada para proyectar el fluido de refrigeración, de manera que la velocidad de las partículas de material de la llama es acelerada al proyectar el fluido de refrigeración hacia la llama.