RESTAURACIÓN DE LA FUERZA Y DE LA RESISTENCIA AL DESGASTE DE UN COMPUESTO DE MATRIZ METÁLICA (MMC).

Restauración de la fuerza y de la resistencia al desgaste de un compuesto de matriz metálica (MMC). La presente invención se refiere a un procedimiento para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica (MMC), que comprende un aglutinante metálico y partículas de carga de cerámica, cuyo compuesto cerámico de matriz metálica se ha expuesto a ciclos de altas temperaturas y presiones de larga duración, por ejemplo, en una tobera de escape de gas, con lo que se han desarrollado microfisuras en la capa exterior del aglutinante metálico. La presente invención también se refiere a una disposición para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste del MMC. Definición del problema y antecedentes de la invención Los compuestos de matriz metálica (MMC) han encontrado aplicación en muchas áreas después de haber sido desarrollado hace 50 años. Los MMC se desarrollaron principalmente para aplicaciones en bruto, tal como aplicaciones espaciales y para cohetes. Los requerimientos habituales son: capacidad de resistir altas temperaturas, alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica y una elevada rigidez y resistencia específicas. Los MMC consisten en un aglutinante metálico y una carga de cerámica. Los aglutinantes metálicos proporcionan una elevada conductividad térmica y resistencia al MMC y la carga de cerámica proporciona resistencia, fuerza y resistencia al desgaste al MMC. Los MMC se pueden preparar mediante muchas técnicas diferentes, procesos metalúrgicos de fundición, procesos metalúrgicos de polvos y prensado isostático en caliente. Al modificar el procedimiento de fabricación, el procesado y el acabado, así como por la forma de los componentes de refuerzo, es posible obtener diferentes características, aunque estén involucrados la misma composición y cantidades de los componentes. Un tipo común de MMC comprende aluminio como aglutinante y carburo de silicio como material de carga. Las propiedades de fuerza y resistencia del MMC a base de aluminio se puede adaptar ajustando la forma y cantidad de las partículas de carburo de silicio. Una de las aplicaciones en la que los MMC han sido aplicados con éxito es en los cañones. La utilización de propelentes en armas para disparar proyectiles de alta energía en ciclos de ráfaga rápida y larga genera temperaturas de llama muy elevadas, que causan una gran erosión de los materiales de acero convencionales. La erosión limitará la duración de los cañones de manera significativa hasta tiempos inaceptablemente cortos. La solicitud de Patente de EEUU. Núm. 2005268517 describe una solución en la que se cubre el interior de un barril con un revestimiento compuesto de cerámica con compuesto de matriz metálica. Otra aplicación es en toberas de escape de gas. Las toberas de escape de gas deben soportar gases con alta velocidad con gradientes de temperatura y de presión muy elevados y, al mismo tiempo, cumplir con los objetivos económico, de peso y de ruido. La utilización de material avanzado, tales como los MMC, reducirá el peso y extenderá la vida útil de un componente de la tobera en comparación con un material de acero convencional. Además del flujo de los gases de escape a elevadas temperaturas en la tobera de gas, el aire ambiental, en algunas aplicaciones, se puede arrastrar para reducir las velocidades de salida del gas y suprimir el sonido. Esto dará lugar a gradientes de temperatura extremadamente elevados y, por tanto, un estrés térmico elevado. Además, los gases de escape son altamente oxidantes, la resistencia medioambiental del material será un factor importante para una larga duración. Sin embargo, a pesar de las excelentes propiedades de los MMC, un problema es que se desarrollarán microfisuras o cavidades en el aglutinante, después de una exposición prolongada a altas temperaturas y presiones. Estas microfisuras o cavidades causan erosión y pérdida de material aglutinante en los MMC. Como se pierde cada vez más aglutinante, las partículas de cerámica en el aglutinante se liberan sucesivamente del aglutinante y la fuerza y la resistencia al desgaste del MMC, en consecuencia, disminuyen. Objeto de la invención y sus características distintivas ES 2 367 855 T3 Un primer objeto de la presente invención es dar a conocer un procedimiento sencillo y económico para la restauración de la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica, cuyo compuesto cerámico de matriz metálica ha sido expuesto a gases de escape con elevadas temperaturas y altas presiones durante un periodo prolongado, tal como en toberas de escape de gas. Un segundo objeto de la presente invención es dar a conocer una disposición para la restauración fácil y económica de la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica. Estos objetos, así como otros objetos no enumerados en el presente documento, se cumplen de manera satisfactoria en el alcance de las características que se especifican en las reivindicaciones independientes del 2 presente documento. En las reivindicaciones dependientes se especifican realizaciones de la presente invención. Por lo tanto, según la presente invención, se ha llevado a cabo un procedimiento para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica que comprende un aglutinante metálico y partículas de carga de cerámica, cuyo compuesto cerámico de matriz metálica ha sido expuesto a ciclos de elevadas temperaturas y presiones de larga duración, por ejemplo, en una tobera de escape de gas, con lo que se desarrollaron microfisuras en la capa exterior del aglutinante metálico, caracterizado porque el aglutinante metálico que contiene microfisuras es retirado, en parte o completamente, del compuesto cerámico de matriz metálica mediante una etapa química, en el que a continuación se comprime el compuesto cerámico de matriz metálica mediante una etapa de compresión para obtener una capa exterior densa, en la que las partículas de carga están cerca unas de otras. De acuerdo con otros aspectos del procedimiento según la presente invención: la etapa química es una etapa de ataque químico, cuya etapa de ataque químico comprende las siguientes etapas; añadir un disolvente químico a la superficie para disolver el aglutinante que contiene microfisuras, añadir un agente de neutralización y limpieza para la neutralización y limpieza de la capa exterior y añadir aire caliente para el secado de la capa exterior, el disolvente químico comprende una solución ácida de cloruro de hierro, la etapa de compresión es un procedimiento de limpieza por disparo (shoot peening), las etapas química y de compresión se alternan en un número de ciclos, cuyo número de ciclos depende de la frecuencia y profundidad de las microfisuras, se incluye una etapa intermedia para añadir material aglutinante nuevo a la capa exterior para reemplazar el material aglutinante perdido, la etapa intermedia es una etapa de pulverización catódica (sputtering). Además, según la presente invención, se ha llevado a cabo una disposición para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica que comprende un aglutinante metálico y partículas de carga de cerámica, cuyo compuesto cerámico de matriz metálica ha sido expuesto a ciclos de elevadas temperaturas y presiones de larga duración, por ejemplo, en una tobera de escape de gas, con lo que se desarrollaron microfisuras en la capa exterior del aglutinante metálico, caracterizada porque la disposición es una combinación de un primer dispositivo de tobera de pulverización con múltiples orificios para añadir un disolvente químico a la capa exterior, un segundo dispositivo de tobera de pulverización con múltiples orificios para añadir el fluido de limpieza y neutralización a la capa exterior y un dispositivo de tobera de chorreado con bolas (ball blasting) para compactar la capa exterior de la cerámica de matriz metálica, en la que la primera y segunda toberas de pulverización y la tobera de chorreado con bolas están dispuestas juntas en una única entidad. Según otros aspectos de la disposición de acuerdo con la presente invención: la disposición se combina con un dispositivo de pulverización catódica para añadir materiales aglutinantes metálicos a la capa exterior del compuesto cerámico de matriz metálica para reemplazar el material aglutinante perdido, en la que el dispositivo de pulverización catódica, la primera y segunda toberas de pulverización y la tobera de chorreado con bolas están dispuestos juntos en una única entidad. Ventajas y efectos de la presente invención La presente invención da a conocer un procedimiento sencillo y económico para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de una parte... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica (1) que comprende un aglutinante metálico (2) y partículas de carga de cerámica (3), cuyo compuesto cerámico de matriz metálica (1) ha estado expuesto a ciclos de altas temperaturas y presiones de larga duración, por ejemplo, en una tobera de escape de gas (6), por lo que se han desarrollado microfisuras (4) en la capa exterior (5) del aglutinante metálico (2), caracterizado porque el aglutinante metálico (2) que contiene microfisuras (4), es retirado, en parte o completamente, del compuesto cerámico de matriz metálica (1) mediante una etapa química, en el que a continuación se comprime el compuesto cerámico de matriz metálica mediante una etapa de compresión para obtener una capa exterior densa, en la que las partículas de carga de cerámica (3) están cerca unas de otras. 2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa química es una etapa de ataque químico, cuya etapa de ataque químico comprende las siguientes etapas; añadir un disolvente químico a la capa exterior (5) para disolver el aglutinante que contiene microfisuras (4), añadir un agente de neutralización y limpieza para la neutralización y limpieza de la capa exterior (5) y añadir aire caliente para el secado de la capa exterior (5). 3. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque el disolvente químico comprende una solución ácida de cloruro de hierro. 4. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de compresión es una etapa de limpieza por disparo. 5. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las etapas química y de compresión se alternan en un número de ciclos, cuyo número de ciclos depende de la frecuencia y la profundidad de las microfisuras (4). 6. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se incluye una etapa intermedia para añadir material aglutinante nuevo a la capa exterior (5) para reemplazar el material aglutinante perdido. 7. Procedimiento, según la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa intermedia es una etapa de pulverización catódica. 8. Disposición para restaurar la fuerza y la resistencia al desgaste de un compuesto cerámico de matriz metálica (1) que comprende un aglutinante metálico (2) y partículas de carga de cerámica (3), cuyo compuesto cerámico de matriz metálica (1) ha estado expuesto a ciclos de altas temperaturas y presiones de larga duración, por ejemplo, en una tobera de escape de gas (6), por lo que se han desarrollado microfisuras (4) en la capa exterior (5) del aglutinante metálico (2), caracterizada porque la disposición es una combinación de: un primer dispositivo de tobera de pulverización con múltiples orificios para añadir un disolvente químico a la capa exterior (5), un segundo dispositivo de tobera de pulverización con múltiples orificios para añadir el fluido de limpieza y neutralización a la capa exterior (5) y un dispositivo de tobera de chorreado con bolas para compactar la capa exterior (5) de la cerámica de matriz metálica (1), en la que la primera y segunda toberas de pulverización y la tobera de chorreado con bolas están dispuestas juntas en una única entidad. 9. Disposición, según la reivindicación 8, caracterizada porque la disposición se combina con un dispositivo de pulverización catódica para añadir materiales aglutinantes metálicos (2) a la capa exterior (5) del compuesto cerámico de matriz metálica (1) para reemplazar el material aglutinante perdido, en la que el dispositivo de pulverización catódica, la primera y segunda toberas de pulverización y la tobera de chorreado con bolas están dispuestas juntas en una única entidad. 6 ES 2 367 855 T3 7 ES 2 367 855 T3 8