Composición de recubrimiento de materiales metálicos.

La presente invención se refiere a una composición para recubrimiento de materiales metálicos,

como son por ejemplo elementos de maquinaria que tienen que trabajar en medios severos tanto tribólogicos como corrosivos, caracterizada porque comprende una matriz de al menos una superaleación de base metálica, preferentemente de fórmula M-CrAlY y más preferentemente de base níquel, y al menos un refuerzo cerámico, preferentemente alúmina. En una realización preferida, ambos componentes se presentan en forma de polvo. Otro objeto de la invención sería el uso de dicha composición para recubrir materiales metálicos, así como una capa de recubrimiento constituida por la composición de interés, y cualquier material metálico recubierto por la composición, preferiblemente en forma de capa.

COMPOSICIÓN DE RECUBRIMIENTO DE MATERIALES METÁLICOS SECTOR DE LA TÉCNICA

El producto se puede utilizar en aquellas aplicaciones industriales donde sea necesario proteger materiales frente a su deterioro químico, por oxidación a alta temperatura, y1º mecánico, por desgaste. El campo de aplicación es muy amplio: hornos para industria cerámica, ejes de bombas para

aplicaciones en elementos de maquinaria que tienen que trabajar en medios severos tanto tribólogicos como corrosivos, tales como manguitos protectores de ejes, fundas de termopares, aislantes eléctricos, ejes de bombas, rodillos de hornos de cocción en la industria cerámica, etc. requieren de diseños específicos de superficies. Mientras la textura superficial de dichos dispositivos es alcanzada mediante tratamientos mecánicos, la composición química superficial es usualmente controlada mediante modificación superficial en forma de revestimientos o capas.

Unos recubrimientos conocidos son los recubrimientos cerámicos base Al203 (alúmina)

Otros recubrimientos muy utilizados son los recubrimientos de superaleación MCrAlY, que son usados como capas protectoras contra la oxidación a altas temperaturas tanto de superaleaciones base Ni como de aceros inoxidables austeníticos.

Los recubrimientos MCrAlY poseen excelente resistencia a corrosión seca y a oxidación a altas temperaturas. Estos recubrimientos forman una capa de óxido sobre la superficie exterior, e inmediatamente bajo esta capa el material se empobrece en aluminio; asimismo, se forma una zona de interdifusión en el contacto con el sustrato.

Aunque hay diferentes técnicas disponibles para depositar materiales sobre cada tipo de substrato, los

procesos de proyección térmica son ampliamente usados para depositar recubrimientos de diferentes espesores en varias aplicaciones industriales.

Los dos procesos más importantes para aplicar este tipo de recubrimiento son la deposición física de vapor por haz de electrones (EBPVD) y el plasma spray ( PS) . El proceso EBPVD produce una estructura de cristales perpendiculares a la superficie del sustrato, y esta estructura puede mejorarse al cerrarse los defectos por tratamientos mediante shot peening y tratamientos con láser. Por su parte, el proceso PS es llevado a cabo en cámaras de baja presión para minimizar la formación de óxidos al depositar la aleación.

Durante el proceso de oxidación de los recubrimientos MCrAlY, los granos de fase ~ rica en aluminio se convierten en islas de fase y', dejando la fase matriz y menos resistente a oxidación.

La adición de alúmina a las superaleaciones MCrAlY puede mejorar el comportamiento termomecánico y la corrosión a altas temperaturas al producir barreras a los procesos de difusión, así como mejorar considerablemente el comportamiento al desgaste debido a la alta dureza de ésta.

Cabe destacar también que en determinadas ocasiones los recubrimientos de materiales, como son por ejemplo las piezas cerámicas, suelen necesitar una capa de enganche intermedia, en ciertos casos para evitar que la capa de recubrimiento sea irregular o para favorecer su correcta unión al sustrato. La capa de enganche se aplica entonces para unificar la superficie con carácter previo a la aplicación del recubrimiento. Adicionalmente, esta capa intermedia de enganche del recubrimiento a la superficie del material protege del desgaste del material por oxidación.

como es la alúmina, con al menos una superaleación que, proyectados mediante las diferentes técnicas existentes, sean capaces de combinar alta resistencia a la corrosión a altas temperaturas y al desgaste.

En definitiva, la presente invención surge como una necesidad de mejora de los recubrimientos, concretamente de materiales metálicos, actualmente existentes, que permita su uso en condiciones más exigentes desde el punto de vista de resistencia a oxidación a alta temperatura y al desgaste abrasivo. Esto permite bien obtener un mayor rendimiento de sistemas que operan a alta temperatura, por incremento de ésta, bien aumentar la vida en servicio de los componentes.

Otra de las aplicaciones es el reciclaje de piezas que hayan sufrido desgaste y que dejan de ser aptas para su puesta en servicio, ya que permite el recargue de las mismas, mediante la proyección térmica de dicho material.

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DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una composición de tipo cermet (entendido como un material compuesto formado por materiales metálicos y cerámicos) , que comprende una

matriz de al menos una superaleación de base metálica y al menos un refuerzo cerámico (cargas cerámicas) . Dicha composición está diseñada fundamentalmente para el recubrimiento de materiales y piezas metálicas en general, como maquinaria y sus componentes, ya sean de tipo férreo o

no férreo, aleaciones de todo tipo, parcialmente conductores, etc. Por ejemplo, puede usarse en piezas como álabes de turbinas en la industria aeronáutica, en la industria militar (tubos de cañones, etc.) , en incineradores de residuos, en rodillos de plantas cerámicas, etc. También

puede servir incluso para recubrimiento de materiales cerámicos, con el fin de favorecer la conductividad eléctrica y/o térmica de los mismos, en aplicaciones tales como hornos refractarios, etc. En una realización preferida de la invención, la

De esta forma, en su realización más preferida todavía, la composición de recubrimiento estaría constituida por una matriz de superaleación de fórmula Ni-CrAlY y un refuerzo cerámico de alúmina (Ni-CrAlY/Al203) .

Las...

l. Composición de recubrimiento de materiales metálicos,

caracterizada por que comprende una matriz de al menos una superaleación de base metálica, y al menos un refuerzo cerámico.

2. Composición de recubrimiento según la reivindicación 1, caracterizada por que la superaleación presenta la fórmula M-CrAlY, donde M es la base y representa un metal.

3. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que la base de la matriz es de níquel.

4. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el refuerzo cerámico es de alúmina.

5. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la matriz está presente en dicha composición en una proporción comprendida entre 50% y 90% en peso, y el refuerzo cerámico entre 10% y 50% en peso, incluidos ambos límites.

6. Composición de recubrimiento según la reivindicación 5, caracterizada por que la matriz está presente en dicha composición en una proporción comprendida entre 60% y 70% en peso, y el refuerzo cerámico entre 3 O% y 4O% en peso, incluidos ambos límites.

7. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la matriz y el refuerzo cerámico se presentan en forma de polvo.

8. Composición de recubrimiento según la reivindicación anterior, caracterizada porque el polvo de la matriz es de forma esférica y el polvo del refuerzo cerámico es de forma poligonal.

9. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizada porque la matriz en polvo y el refuerzo en polvo presentan un tamaño de partícula inferior a 45 pm.

10. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que se aplica sobre el material mediante proyección térmica.

11. Composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que se presenta en forma de capa.

12. Composición de recubrimiento según la reivindicación anterior, caracterizada por que la capa presenta un espesor comprendido entre un 10% y un 30% del espesor total del material a recubrir.

13. Composición de recubrimiento según una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizada por que la capa de recubrimiento presenta un espesor igual o inferior al 25% del espesor total del material a recubrir.

14. Capa de recubrimiento de materiales obtenible a partir de la composición descrita según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.