PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS Y RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS OBTENIDOS.

Procedimiento de obtención de recubrimientos cerámicos y recubrimientos cerámicos obtenidos Objeto de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de los procedimientos para la obtención de recubrimientos cerámicos y, mas concretamente, de los procedimientos que utilizan técnicas de proyección térmica por detonación por pulsos de alta frecuencia. El procedimiento de la invención permite generar capas cerámicas muy densas con un calentamiento moderado del sustrato determinado por el bajo consumo de gases de proceso. El procedimiento de la invención es especialmente adecuado para obtener recubrimientos cerámicos tales como ZrO2, Al2O3, TiO2, Cr2O3, Y2O3, SiO2, CaO, MgO, CeO2, Sc2O3, MnO y/o mezclas de los mismos. Antecedentes de la invención Las técnicas de obtención de recubrimientos por proyección térmica se basan en la generación de una llama o chorro de combustión para procesar un material de recubrimiento que, por medio de equipos conocidos genéricamente como pistolas, se dirige o proyecta hacia el sustrato o pieza a recubrir, produciendo unos puntos o zona de recubrimiento en una parte de la superficie a recubrir del sustrato. El material de recubrimiento se alimenta a la pistola, generalmente en forma de hilo o polvo. El recubrimiento se genera como consecuencia de la solidificación del material de recubrimiento proyectado con unas ciertas condiciones de velocidad y temperatura sobre la superficie del sustrato o pieza a recubrir. El recubrimiento completo de la superficie del sustrato o pieza se alcanza mediante el movimiento relativo entre la pistola (chorro de combustión) y el sustrato o pieza a recubrir, definiendo una pista de proyección que recorre toda la superficie a recubrir, en lo que se denomina, en el presente documento, una pasada de proyección. Generalmente, en cada pasada de proyección se recubre la superficie en su totalidad con unos pocos micrómetros del material de recubrimiento (por lo general, menos de 30 micrómetros por pasada) necesario para cada aplicación. De esta manera, los recubrimientos funcionales o finales se generan por múltiples y sucesivas superposiciones de dichas pasadas de proyección, para lograr los espesores requeridos para cada aplicación (generalmente de varias décimas de milímetro). De acuerdo con el carácter temporal de la llama, los procesos de proyección térmica pueden clasificarse en continuos y discontinuos. Entre los procesos continuos, de acuerdo con la naturaleza de la fuente de energía que da lugar a la llama, se encuentran las técnicas de arco eléctrico, de plasma y de detonación. En condiciones ideales de funcionamiento, en una sección determinada de la llama (chorro de combustión), los gases generados en los procesos continuos de proyección presentan una distribución de temperatura y velocidad espacial (bidimensional) estacionaria en el tiempo. La mayor densidad energética se encuentra en el centro de la llama (mayor velocidad, temperatura, densidad,..), disminuyendo gradualmente hasta la periferia de la misma. La distribución energética resultante se refleja en las propiedades de las partículas procesadas, observándose de igual manera una disminución gradual en la velocidad y la temperatura de la misma desde el centro hacia la periferia de la llama (chorro de combustión). En consecuencia, pueden observarse grandes diferencias en el grado de fusión y en la velocidad de las partículas que alcanzan la superficie del sustrato, dando como resultado diferentes mecanismos de solidificación y formación de la capa. Como consecuencia de esto, el perfil de la pista o camino de proyección tiene una distribución, con una zona central de mayor espesor y densidad que disminuye progresivamente hacia los bordes. En la mayoría de las aplicaciones, el desplazamiento relativo pistola-sustrato en una única dirección no es suficiente para recubrir toda la superficie del sustrato, por lo que es preciso describir trayectorias al menos bidimensionales, que comprenden un desplazamiento en una primera dirección, y al menos un desplazamiento que comprende un desplazamiento en una segunda dirección, que puede ser perpendicular a la primera dirección, y un nuevo desplazamiento según una dirección sustancialmente paralela a la primera dirección de desplazamiento, obteniéndose al menos una segunda pista de proyección. Los dos desplazamientos según direcciones paralelas se realizan con un cierto grado de solapamiento (solapamiento lateral) entre la primera pista y la, al menos una, segunda pista de proyección y así sucesivamente entre cada pista de proyección y una pista posterior contigua. Al formar el recubrimiento a través del solapamiento lateral entre tramos adyacentes de estas pistas de proyección, quedan consecuentemente zonas de mayor densidad alternadas con otras donde el grado de compactación y la cohesión del recubrimiento, y por tanto su densidad, es inferior. 2 E06743486 24-10-2011   Los procesos discontinuos son técnicas de detonación pulsada que generan explosiones cíclicas y transitorias de unos pocos milisegundos, dando lugar a flujos supersónicos y discontinuos de los gases de la combustión (chorro de combustión). Entre las tecnologías pulsadas de proyección térmica conocidas en el mercado se encuentran las de baja y alta frecuencia. Entre las primeras, la más conocida es el D-Gun (US-A-3,004,822), cuya frecuencia típica de detonación es de 1 a 10 Hz. La tecnología de detonación pulsada de alta frecuencia (conocida por el acrónimo HFPD) ha sido introducida recientemente en el mercado (WO97/23299, WO97/23301, WO97/23302, WO97/23303, WO98/29191, WO99/12653, WO99/37406 y WO01/30506) y es capaz de operar a frecuencias superiores a los 100 Hz. Las técnicas de proyección por detonación de alta frecuencia utilizan los flujos de gases producidos durante las explosiones o detonaciones cíclicas para acelerar y proyectar el material de recubrimiento y difieren de las técnicas de detonación a baja frecuencia, conocidas como D-Gun (3,004,822 A), en la ausencia de válvulas mecánicas u otros elementos móviles, consiguiéndose el comportamiento pulsado a partir de la propia dinámica de los fluidos, a partir de un suministro continuo de gases. De esta manera, se consiguen explosiones de alta frecuencia, controlables electrónicamente, que pueden superar los 100 Hz frente a las frecuencias de un proceso D-Gun que trabaja entre 1 y 10 Hz. En consecuencia, la posibilidad de controlar la frecuencia de las explosiones en el rango de 1 a 100 Hz permite conseguir una mayor productividad con estas técnicas. Adicionalmente, estas técnicas permiten la generación de explosiones de alta o baja temperatura usando gases de combustión como metano y gas natural o bien gases del tipo propano, propileno, etileno o acetileno, usando mezclas ricas en oxígeno y controlando la cantidad de gases que intervienen en cada explosión. Esto concede una gran versatilidad al proceso de proyección por detonación de alta frecuencia (HFPD), permitiendo la deposición de materiales de todo tipo, desde aleaciones metálicas a cerámicas, consiguiendo una buena adherencia y compactación. Por contraposición a los procesos continuos, la transitoriedad inherente a los procesos discontinuos de proyección introduce un elemento temporal en la distribución de temperatura y velocidad de la llama en una sección determinada de la misma, de forma que las pistas de proyección presentan un perfil bidimensional que varía a lo largo de la dirección de desplazamiento de la pistola, como consecuencia del solapamiento producido por el material depositado en cada disparo. En concreto, en cada disparo o explosión de un proceso discontinuo, se produce una zona de recubrimiento, situada en una parte de la superficie a recubrir opuesta al chorro de combustión, de forma que el desplazamiento relativo entre la pistola (chorro de combustión) y el sustrato o pieza a recubrir produce sucesivas zonas de recubrimiento en la superficie del sustrato o pieza, estando las zonas de recubrimiento desplazadas entre sí una distancia correspondiente al desplazamiento entre la pistola y el sustrato o pieza entre dos detonaciones sucesivas, de forma que las sucesivas zonas de recubrimiento se van solapando (solapamiento transversal) parcialmente para constituir una primera pista de proyección. Para recubrir toda la superficie del sustrato, es necesario describir trayectorias tridimensionales que comprenden el desplazamiento en una primera dirección (que genera la primera pista de proyección citada), al menos un desplazamiento que comprende un desplazamiento en una segunda dirección, que puede ser perpendicular a la primera dirección, y un nuevo desplazamiento según una dirección sustancialmente paralela a la primera dirección de desplazamiento, obteniéndose al menos una segunda pista de proyección. Los dos desplazamientos según... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento de obtención de recubrimientos cerámicos, que comprende: introducir al menos un combustible y un comburente en una cámara de combustión, provista de al menos una salida, generar en la citada cámara de combustión explosiones cíclicas de frecuencia superior a 10 Hz, que producen una combustión de dicho al menos un combustible y comburente que salen a través de la citada al menos una salida, en forma de chorro de combustión, añadir al citado chorro de combustión un material de recubrimiento cerámico, de manera que dicho material de recubrimiento se mezcle con el chorro de combustión, proyectar el chorro de combustión sobre un sustrato o pieza a recubrir con el material de recubrimiento que produce, en cada explosión, una zona de recubrimiento en una parte de la superficie a recubrir del sustrato o pieza opuesta al chorro de combustión, producir un movimiento relativo entre el chorro de combustión y el sustrato o pieza a recubrir, según una primera dirección de movimiento, de forma que se produzcan sucesivas zonas de recubrimiento, en la superficie a recubrir del sustrato o pieza y estando las zonas de recubrimiento desplazadas entre sí una distancia correspondiente al movimiento entre el chorro de combustión y el sustrato o pieza entre dos detonaciones sucesivas, definiendo en las sucesivas zonas de recubrimiento una primera pista de proyección sobre el sustrato o pieza a recubrir, caracterizado porque las condiciones cinemáticas del procedimiento se eligen de modo que se produzca un solapamiento entre las sucesivas zonas de recubrimiento superior al 60 % de la superficie de una zona de recubrimiento. 2.- Procedimiento de obtención de recubrimientos cerámicos, según la reivindicación 1, que comprende producir al menos un movimiento relativo entre el chorro de combustión y el sustrato o pieza que comprende un movimiento según una segunda dirección de desplazamiento, y a continuación, un movimiento, según una dirección sustancialmente paralela a la primera dirección de movimiento, produciendo al menos una segunda pista de proyección, solapada lateralmente con la primera pista de proyección, siendo el solapamiento lateral entre la primera pista y la segunda pista inferior al 10 % de la superficie de la primera pista. 3.- Procedimiento de obtención de recubrimientos cerámicos, según la reivindicación 2, en el que la segunda dirección de movimiento es sustancialmente perpendicular a la primera dirección de movimiento. 11 E06743486 24-10-2011   FIGURAS 12 E06743486 24-10-2011   13 E06743486 24-10-2011   14 E06743486 24-10-2011   E06743486 24-10-2011   16 E06743486 24-10-2011   17 E06743486 24-10-2011   18 E06743486 24-10-2011   19 E06743486 24-10-2011