MATERIAL COMPUESTO PARA COJINETE DE DESLIZAMIENTO, USO Y PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN.

Material compuesto para cojinete de deslizamiento con una capa de soporte de acero,

una capa de metal de cojinete compuesta por una aleación de cobre, que presenta un 0,5 - 5% en peso de níquel, un 0,2 - 2,5% en peso de silicio, ≤0,1% en peso de plomo, opcionalmente un 0,05 - 2% en peso de manganeso, opcionalmente un 0,05 - 0,4% en peso de al menos un elemento de microaleación y el resto de cobre y con una capa de deslizamiento aplicada directamente sobre la capa de metal para cojinete por medio de un procedimiento PVD

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/004507.

Solicitante: FEDERAL-MOGUL WIESBADEN GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: STIELSTRASSE 11 65201 WIESBADEN ALEMANIA.

Inventor/es: ANDLER, GERD.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 13 de Mayo de 2006.

Clasificación PCT:

  • B32B15/01 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS.B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › B32B 15/00 Productos estratificados compuestos esencialmente de metal. › estando compuestas todas las capas exclusivamente de metal.
  • C22C9/06 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 9/00 Aleaciones basadas en cobre. › con níquel o cobalto como el constituyente que sigue al que está en mayor proporción.
  • C22C9/10 C22C 9/00 […] › con silicio como constituyente que sigue al que está en mayor proporción.
  • C22F1/08 C22 […] › C22F MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O ALEACIONES NO FERROSOS (procesos específicos para el tratamiento térmico de aleaciones ferrosas o aceros y dispositivos para el tratamiento térmico de metales o aleaciones C21D). › C22F 1/00 Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío. › de cobre o aleaciones basadas en él.
  • F16C33/12 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16C ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA TRANSMITIR MOVIMIENTO EN UNA FUNDA FLEXIBLE; ELEMENTOS DE LOS MECANISMOS DEL CIGÜEÑAL; PIVOTES; UNIONES PIVOTANTES; PIEZAS ROTATIVAS DE INGENIERIA DISTINTAS A LAS PIEZAS DE TRANSMISION MECANICA, ACOPLAMIENTOS, EMBRAGUES O FRENOS; COJINETES.F16C 33/00 Elementos de los cojinetes; Procedimientos especiales de fabricación de los cojinetes o de sus elementos (trabajo de los metales u operaciones análogas, véanse las clases apropiadas). › Composición estructural; Empleo de materiales especificados o tratamiento particular de las superficies, p. ej. contra la herrumbre.
  • F16C33/14 F16C 33/00 […] › Procedimientos particulares de fabricación; Rodajes.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.

PDF original: ES-2374967_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Material compuesto para cojinete de deslizamiento, uso y procedimientos de fabricación La invención se refiere a un material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1. Además la invención se refiere a un uso y a procedimientos de fabricación. Por el documento DE 44 15 629 C1 se conoce el uso de una aleación de cobre-níquel-silicio para la fabricación de objetos resistentes al desgaste con propiedades para la marcha de resistencia en seco, tal como, por ejemplo, émbolos de colada de máquinas de colada a presión. La aleación descrita en el documento DE 44 15 629 C1 está compuesta por un 1-4% de níquel, un 0,1 -1,5% de silicio y el resto de cobre y se utiliza como material de trabajo macizo. El documento US 2.137.282 describe una aleación compuesta por un 0,1 - 30% de níquel, 0,05 - 3% de silicio y el resto de cobre. Esta aleación se caracteriza tras el correspondiente tratamiento térmico por grandes durezas y buenas conductividades eléctricas. El documento US 1.658.186 describe una aleación de cobre-níquel-silicio, comentándose ampliamente los siliciuros que actúan como partículas duras. Se indican distintos procedimientos de tratamiento térmico para ajustar la dureza. Una aleación adicional de cobre-níquel-silicio se encuentra en el documento US 2.241.815, encontrándose el porcentaje de níquel en el 0,5 - 5% y el porcentaje de silicio en el 0,1-2%. También en el documento DE 15 58 474 A1 se da a conocer una aleación de cobre-níquel-silicio con un 0,8 -10% de níquel y un 0,2 - 2% de silicio, que para conseguir una capacidad de modificación de forma elevada en el caso de una conformación en frío dispuesta aguas arriba lo menor posible se alea de manera dirigida con un 0,01 - 0,5% de hierro y un 0,05 - 0,5% de cromo. El documento US 2.185.958 describe aleaciones compuestas por un 1% de níquel, un 3,5% de silicio y el resto de cobre así como compuestas por un 1,5% de silicio y un 1% de níquel así como el resto de cobre. Por el documento DE 36 42 825 C1 se conoce un material para cojinete de deslizamiento compuesto por de un 4 a un 10% de níquel, un 1-2% de aluminio, un 1-3% de estaño y el resto de cobre así como impurezas habituales, del que se dice que presenta una elevada resistencia y una larga vida útil. A partir de este material para cojinete de deslizamiento se fabrican casquillos macizos. El documento GB 2384007 describe un material compuesto para cojinete de deslizamiento con un contrafilo de acero, sobre el que se aplica una capa sinterizada de una aleación de cobre, que presenta una dureza de como máximo 130 HV. La aleación de cobre presenta un 1-11% en peso de estaño, hasta un 0,2% en peso de fósforo, como máximo un 10% en peso de níquel o plata, como máximo un 25% en peso de plomo y bismuto. Los materiales compuestos para cojinete de deslizamiento en los que está aplicada una capa de deslizamiento por pulverización catódica sobre una capa de metal para cojinete, están dotados de capas intermedias de níquel; de una aleación de níquel, de níquel-cromo, de zinc o de una aleación de zinc, tal como se describe en el documento DE 43 28 921 A1. Cuando se usa una aleación de Cu como aleación de cojinete, y cuando se usa una aleación que contiene Sn para la capa superior, entonces con el paso del tiempo el Sn difunde al interior de la aleación de Cu, por lo que se reduce el contenido en Sn de la capa superior. Al mismo tiempo se genera una unión CuSn quebradiza en la superficie de unión, por lo que disminuye la resistencia de unión. En vista de esto la capa intermedia de Ni o de una aleación de Ni se forma sobre la aleación de cojinete mediante inyección o aplicación por pulverización o mediante electroplaqueado. Sobre ella se forma entonces mediante separación por vapor la capa superior, mediante lo cual puede obtenerse una unión más estable. Las capas de barrera de difusión se mencionan también en el documento DE 28 53 774. El documento DE 195 25 330 describe un material en capas, en el que sobre un material de soporte se aplica directamente por pulverización catódica un material para cojinete. Como material de soporte puede usarse un metal de soporte de acero, sobre el cual puede aplicarse el material para cojinete sin una capa intermedia adicional. También cabe la posibilidad de usar como material de soporte un material de soporte que contenga cobre, en particular uno compuesto por una aleación de cobre-plomo-estaño. Por ejemplo, el material de soporte puede estar compuesto por CuPb22Sn. Cuando el porcentaje de plomo del material de soporte se encuentra en el orden de magnitud del porcentaje de plomo del material para cojinete, no existe entre ambos materiales ningún gradiente de concentración o sólo uno muy pequeño, de manera que tampoco pueden tener lugar procesos de difusión entre el material para cojinete y el 2 E06753591 03-01-2012   material de soporte. Cuando el material de soporte presenta una concentración de plomo más elevada que el material para cojinete, se favorece adicionalmente la migración del plomo a la superficie del material para cojinete. La aleación de cobre-plomo-estaño, que forma el material de soporte, puede plaquearse por colada sobre un metal de soporte de acero. Un objetivo de la invención es poner a disposición un material compuesto para cojinete de deslizamiento con capas de deslizamiento a las que se ha aplicado una pulverización catódica, que puedan compararse con respecto a su propiedades de resistencia y tribológicas con los materiales compuestos conocidos, pudiendo prescindirse de las capas barrera de difusión independientemente de la composición de la capa de deslizamiento. También es un objetivo indicar un uso y procedimientos de fabricación. Este objetivo se soluciona con un material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1. Se ha demostrado que en el caso de las aleaciones de cobre con porcentajes de níquel y silicio reivindicadas estos componentes actúan inhibiendo la difusión, en particular sobre aluminio y estaño, de manera que apenas se da la difusión. Nunca puede excluirse una pequeña difusión, sin embargo a este respecto se forma solamente una capa intermedia extremadamente delgada, que no conduce a un desprendimiento de la capa de deslizamiento aplicada sobre la aleación de cobre. Se ha mostrado que las aleaciones de cobre con níquel-silicio pueden ajustarse en un amplio intervalo con respecto a sus propiedades mecánicas y tribológicas, de manera que es posible una adaptación a las propiedades requeridas. El contrafilo de acero garantiza debido a su rigidez el asiento a presión necesario, de manera que la estructura del material para cojinete puede ajustarse independientemente de los requisitos de resistencia. Por tanto las aleaciones de cobre reivindicadas pueden configurarse con respecto a su estructura, por ejemplo, de tal manera que con respecto a la resistencia y la dureza así como a las propiedades tribológicas, como el comportamiento frente a la abrasión, se encuentran en un intervalo comparable al de los cojinetes de plomo-bronce clásicos. En general se amplía considerablemente el campo de aplicación del material compuesto para cojinete de deslizamiento. Los materiales compuestos con contrafilo de acero también ofrecen ventajas debido a sus coeficientes de dilatación térmica en casos de aplicación con carcasas de acero. El ajuste de las propiedades tribológicas del metal de cojinete tiene lugar preferiblemente mediante un tratamiento termomecánico, en particular mediante laminación y recocido. Un tratamiento termomecánico de este tipo del material compuesto puede configurarse de tal modo que las propiedades del acero necesarias para la pieza acabada no se vean perjudicadas. El procedimiento de fabricación según la invención prevé según una primera alternativa las siguientes etapas de procedimiento fabricar un material de banda a partir de una aleación de cobre-níquel-silicio y plaqueado por laminación del material de banda sobre una capa de soporte de acero para fabricar un material compuesto. A este respecto tiene lugar una deformación del metal de cojinete y/o acero del 50 - 70%. El tratamiento termomecánico a continuación prevé las siguientes etapas: primer recocido del material compuesto a de 550ºC a 700ºC durante de 2 a 5 horas, al menos una primera laminación del material compuesto, realizándose un grado de deformación de desde el 20 hasta el 30%, al menos un segundo recocido a 500ºC - 600ºC durante más de >1 h, dado el caso una segunda laminación del material compuesto, realizándose un grado de deformación de cómo máximo el 30% con un tercer recocido a continuación a temperaturas >500ºC durante al menos 1 h. Según alternativas adicionales la aleación de cobre se aplica sobre la capa de soporte y se sinteriza o se cuela. Por medio de la primera o de la segunda... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Material compuesto para cojinete de deslizamiento con una capa de soporte de acero, una capa de metal de cojinete compuesta por una aleación de cobre, que presenta un 0,5 - 5% en peso de níquel, un 0,2 - 2,5% en peso de silicio, 0,1% en peso de plomo, opcionalmente un 0,05 - 2% en peso de manganeso, opcionalmente un 0,05 - 0,4% en peso de al menos un elemento de microaleación y el resto de cobre y con una capa de deslizamiento aplicada directamente sobre la capa de metal para cojinete por medio de un procedimiento PVD. 2. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de cobre presenta un 0,05 - 2% en peso de manganeso. 3. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la razón en peso de níquel con respecto a silicio se encuentra entre 2,5 y 5. 4. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa de metal para cojinete presenta un 0,05 - 0,4% en peso de elementos de microaleación. 5. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de microaleación son cromo, titanio, zircón, zinc y/o magnesio. 6. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque entre la capa de metal para cojinete y la capa de soporte existe una unión de plaqueado por laminación dado el caso a través de una capa intermedia. 7. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de metal para cojinete es una capa sinterizada. 8. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de metal para cojinete es una capa de colada. 9. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la capa de deslizamiento se aplica por pulverización catódica. 10. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la capa de pulverización catódica está compuesta por una aleación de aluminio-estaño, aleación de aluminio-estaño-silicio, aleación de aluminio-estaño-cobre, por una aleación de aluminio-estaño-silicio-cobre o por una aleación de aluminioestaño-níquel-manganeso. 11. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 10, caracterizado porque en las aleaciones el porcentaje de estaño asciende al 8-40% en peso, el porcentaje de cobre al 0,5 - 4,0% en peso, el porcentaje de silicio al 0,02 - 5,0% en peso, el porcentaje de níquel al 0,02 - 2,0% en peso y el porcentaje de manganeso al 0,02 - 2,5% en peso. 12. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque sobre la capa de deslizamiento está prevista una capa de rodamiento. 13. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la capa de rodamiento está realizada como capa de estaño, plomo, cobro o indio o como capa de plástico. 14. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el espesor de la capa de metal para cojinete asciende a 0,1 - 0,8 mm. 15. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el espesor de la capa de deslizamiento asciende a 4 - 30 m. 16. Material compuesto para cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el espesor de la capa de rodamiento asciende a de 0,2 a 12 m. 17. Uso de un material compuesto para cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1 para casquillos de cojinete de deslizamiento . 18. Procedimiento para fabricar material compuesto para cojinete de deslizamiento en particular para elementos de cojinete de deslizamiento, tal como casquillos de cojinete de deslizamiento, con las siguientes etapas de 7 E06753591 03-01-2012   procedimiento: - fabricar un material de banda a partir de una aleación de cobre según la reivindicación 1, y plaquear por laminación el material de banda dado el caso usando una capa intermedia sobre una capa de soporte de acero para fabricar un material compuesto, - tratar de manera termomecánica el material compuesto con las siguientes etapas: - al menos un primer recocido del material compuesto a 550ºC - 700ºC durante de 2 a 5 horas, - al menos una primera laminación del material compuesto, realizándose un grado de deformación del 20 - 30%, - al menos un segundo recocido a 500ºC - 600ºC durante más de 1 h. 19. Procedimiento para fabricar material compuesto para cojinete de deslizamiento en particular para elementos de cojinete de deslizamiento, tales como casquillos de cojinete de deslizamiento, con las siguientes etapas de procedimiento: - aplicar una aleación de cobre según la reivindicación 1 sobre una capa de soporte de acero para fabricar un material compuesto, - sinterizar el material compuesto, estando integrado un primer recocido en el proceso de sinterización, - tratar de manera termomecánica el material compuesto con las siguientes etapas: - al menos una primera laminación del material compuesto, realizándose un grado de deformación del 20- 30%, - al menos un segundo recocido a 500ºC - 600ºC durante más de 1 h. 20. Procedimiento para fabricar material compuesto para cojinete de deslizamiento en particular para elementos de cojinete de deslizamiento, tales como casquillos de cojinete de deslizamiento, con las siguientes etapas de procedimiento: - colar una aleación de cobre según la reivindicación 1 sobre una capa de soporte de acero para fabricar un material compuesto, - tratar de manera termomecánica el material compuesto con las siguientes etapas: - al menos un primer recocido del material compuesto a 550ºC - 700ºC durante de 2 a 5 horas, - al menos una primera laminación del material compuesto, realizándose un grado de deformación del 20 - 30%, - al menos un segundo recocido a 500ºC - 600ºC durante más de 1 h. 21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque al segundo recocido le sigue una segunda laminación con un grado de deformación como máximo del 30%, con un tercer recocido a continuación a temperaturas >500ºC durante al menos 1 h. 22. Procedimiento para fabricar elementos de cojinete de deslizamiento, en particular de casquillos de cojinete de deslizamiento, caracterizado porque se fabrica un material compuesto según una de las reivindicaciones 18 a 21, porque se separan pletinas del material compuesto, porque estas pletinas se deforman para dar elementos de cojinete de deslizamiento, y porque se aplica por pulverización catódica una capa de deslizamiento. 23. Procedimiento según la reivindicación 22, caracterizado porque tras la pulverización catódica de la capa de deslizamiento se aplica una capa de rodamiento. 8 E06753591 03-01-2012

 

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