Composición de material con alta capacidad de solicitación que contiene Sn; procedimientos para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación y su uso.

Uso de una composición, que consiste en (i) los elementos de base Sn,

Cu y Sb y (ii) componentes adicionales, en porcentajes (% en peso) del:

(i) 61 - 83% de Sn,

3 - 9% de Cu, y

>14 - 30% de Sb; o

56 - 85% de Sn,

>9 - 30% de Cu, y

6 - 14% de Sb; o

40 - 77% de Sn,

>9 - 30% de Cu, y

>14 - 30% de Sb; y

(ii) 0,1 - 1% de Zn,

0 - 1% de Ni,

0 - 1% de As,

0 - 0,2% de Ag,

0 - 1,2% de Cd,

0 - 0,1% de Se,

0 - 0,2% de Cr,

0 - 2% de Bi, y

0 - 5% de In;

y dado el caso materiales duros, materiales lubricantes sólidos, materiales auxiliares de soldadura, para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación sobre sustratos metálicos por medio de soldadura por láser.

Composición de material con alta capacidad de solicitación que contiene Sn; procedimientos para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación y su uso La invención se refiere a una composición de material con alta capacidad de solicitación que contiene Sn para el recubrimiento de sustratos metálicos; a procedimientos para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación que contiene Sn sobre sustratos metálicos y al uso del recubrimiento. Los recubrimientos de metal con alta capacidad de solicitación se producen como interconexión con materiales de soporte metálicos. Para ello se usan materiales de trabajo metálicos con alta capacidad de solicitación especiales, que se aplican sobre los materiales de soporte metálicos (cuerpos de apoyo) . A menudo se utilizan materiales de trabajo con alta capacidad de solicitación a base de Sn, que tienen buenas propiedades de deslizamiento, contracción, imbibición y de correcto funcionamiento en condiciones irregulares. En caso de que el recubrimiento se solicite más fuerte térmicamente o la solicitación estática y dinámica del recubrimiento sea alta, tal como en el caso de cojinetes sometidos a choques y golpes, deben utilizarse elementos adicionales. Aplicaciones típicas son cojinetes con alta capacidad de solicitación en compresores, pistones y máquinas de expansión e instalaciones de laminación.

A continuación por “metal” se entenderá tanto un único metal como aleaciones de metal como materiales compuestos con un porcentaje principalmente de metal. Por mezclas de metal se entienden tanto mezclas en polvo como polvos compactados a presión o materiales compuestos.

Dado que los cuerpos de apoyo del recubrimiento con alta capacidad de solicitación están formados al menos en su superficie por metal o una aleación de metal, debe producirse una interconexión entre el material de recubrimiento con alta capacidad de solicitación y la superficie del cuerpo de apoyo. En general pueden utilizarse los más diversos procedimientos para la producción de una interconexión entre capas metálicas (colada en lingotera, colada por centrifugación, chapado por colada, chapado por laminación, recubrimiento galvánico, procedimiento de soldadura blanda, procedimiento de soldadura, etc. A este respecto es importante que el material del recubrimiento con alta capacidad de solicitación se adhiera bien sobre el material portador y presente la capacidad de solicitación más alta posible. Para el recubrimiento de cuerpos de apoyo metálicos se utilizan a menudo capas que contienen Sn, por ejemplo aleaciones de colada de Sn según las normas DIN ISO 4381, UNI 4515, ASTM B23, tal como por ejemplo SnSb12Cu6 u otras aleaciones de Sn así como aleaciones de cobre según la norma DIN ISO438, tal como por ejemplo CuPb20Sn5 o otras aleaciones de cobre, tal como las conoce el experto en la técnica, o por el contrario tales a base de aluminio, tal como por ejemplo AlSn20Cu1.

Hasta la fecha debían tenerse en cuenta, para garantizar la interconexión metálica entre el material del recubrimiento con alta capacidad de solicitación y el cuerpo de apoyo metálico, márgenes estrechos para los metales de aleación del material de trabajo de recubrimiento con alta capacidad de solicitación. Así, hasta la fecha en todas las aleaciones de colada de estaño sin plomo que han dado buen resultado, el contenido en Sb se limita a cómo máximo el 14% en peso, el contenido en Cu se limita a cómo máximo el 9% en peso; sólo así podía lograrse una buena estructura cristalina, homogeneidad satisfactoria y en particular la unión necesaria (sin segregaciones) . Mediante estos límites predeterminados en procedimiento de colada, se han impuesto límites estrechos a un desarrollo de material de trabajo hasta la fecha. Como aleación de colada de estaño se denomina un grupo de materiales de trabajo, que es adecuado por ejemplo para el revestimiento de cojinetes, que presenta como máximo el 91% en peso de Sn y como máximo el 14% de Sb y como máximo el 9% de Cu, así como dado el caso porcentajes reducidos de elementos adicionales tales como por ejemplo Cd, Zn, Ni, As, Ag, Se, Cr, Bi, In.

Para mejorar la cristalización, se añadieron a las aleaciones de estaño elementos de refinado, tales como As o Ag, provocando As problemas medioambientales y siendo Ag relativamente caro. Aleaciones adecuadas son por ejemplo SnSb12Cu6Zn0, 6Ag0, 1.

Otro material para recubrimientos de metal con alta capacidad de solicitación son aleaciones de cobre. Presentan >50% de Cu, hasta el 20% en peso de Sn y hasta el 27% de Pb y se caracterizan por buena resistencia en numerosos medios. Entre las aleaciones de cobre y aleaciones de colada de Sn existe una región de transición, ya que ambos materiales presentan muchos componentes comunes, pero en otras relaciones de cantidad. Representantes típicos de los metales de este tipo para recubrimientos con alta capacidad de solicitación son CuPb10Sn10, CuPb20Sn5.

Finalmente se utilizan aleaciones de aluminio que contienen Sn como capas con alta capacidad de solicitación. Así se usan por ejemplo AlSn20, AlSn20Cu, AlSn6Cu para la producción de cojinetes.

El documento JP 2001 159 425 A, por ejemplo, da a conocer materiales de trabajo de recubrimiento para la producción de recubrimientos con alta capacidad de solicitación con el 9% de Sb, el 6% de Cu y el resto de estaño.

Hasta la fecha era necesario, debido al problema de adherencia, un pretratamiento de la superficie de unión del cuerpo de apoyo metálico, para lograr una buena interconexión entre las capas metálicas. Por ejemplo, son necesarios agentes decapantes o un estañado de la superficie de unión como requisito previo para una colada de

interconexión entre un cuerpo metálico, tal como acero, colada de acero, colada gris, bronce y materiales de trabajo de recubrimiento que contienen Sn, lo que conduce a etapas de procedimiento complejas, de costes extremadamente altos y a menudo también perjudiciales para el medio ambiente. En algunos procedimientos y combinaciones de materiales de trabajo son necesarias capas intermedias metálicas adicionales, lo que conlleva un esfuerzo considerable.

Hasta la fecha los recubrimientos de este tipo se cuelan en la mayoría de los casos. Una colada de los materiales de recubrimiento de este tipo es compleja. Se necesita un control preciso de la temperatura y a menudo un pretratamiento del material de apoyo con decapados tóxicos en la mayoría de los casos, tales como compuestos de cloruro de zinc. Esto requiere además una aleación fácil de colar, que pueda aplicarse sin segregaciones u otros fenómenos de separación sobre el material portador. En el caso de procedimientos de colada además es necesario un calentamiento definido del cuerpo de apoyo y un enfriamiento definido tras el revestimiento, para lograr una buena calidad de la estructura cristalina, alta homogeneidad y unión mediante un régimen de temperatura uniforme en ambas capas. Tras la aplicación de la capa metálica que contiene estaño después es necesario un tratamiento posterior con arranque de virutas, para conferir al recubrimiento su forma definitiva.

Esto significaba en el estado de la técnica prever una instalación de colada y dispositivos de monitorización y de tratamiento posterior correspondientes. En el caso de cuerpos de apoyo complejos con grosores de material muy variables a menudo es difícil en la práctica efectuar una colada uniforme satisfactoria de una capa de metal con alta capacidad de solicitación. También en otros procedimientos mencionados anteriormente es un requisito previo para una buena interconexión el cumplimiento de diferentes parámetros y hasta la fecha dependía mucho de las respectivas condiciones de procesamiento; era difícil normalizar el procedimiento.

Otro procedimiento para la aplicación en particular de capas de metal delgadas que pueden someterse a gran solicitación era un recubrimiento galvánico para la producción de materiales de trabajo de interconexión de múltiples capas.

El recubrimiento delgado también puede producirse mediante chapado por laminación, a base de aleaciones de Sn, Al, Cu de alta resistencia y un grosor por debajo de un milímetro en la mayoría de los casos.

En el caso de recubrimientos de metal con alta capacidad de solicitación delgados aumenta la capacidad de solicitación del recubrimiento (tanto la resistencia a la compresión como la capacidad de solicitación dinámica del recubrimiento) .

En contraposición con todos los demás materiales de trabajo mencionados las aleaciones de colada de Sn presentan, en contacto con un agente de deslizamiento, buenas propiedades de correcto funcionamiento en condiciones irregulares... [Seguir leyendo]

1. Uso de una composición, que consiste en (i) los elementos de base Sn, Cu y Sb y (ii) componentes adicionales, en porcentajes (% en peso) del: 5

(i) -83% de Sn.

3. 9% de Cu, y >.

14. 30% de Sb; .

56. 85% de Sn, > 9-30% de Cu, .

6. 14% de Sb; .

40. 77% de Sn, > 9-30% de Cu, y >.

14. 30% de Sb; y

(ii) 0, 1 -1% de Zn, 0 -1% de Ni, 0 -1% de As, 0 -0, 2% de Ag, 0 -1, 2% de Cd, 0 -0, 1% de Se, 0 -0, 2% de Cr, 0 -2% de Bi, y 0 -5% de In;

y dado el caso materiales duros, materiales lubricantes sólidos, materiales auxiliares de soldadura, para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación sobre sustratos metálicos por medio de soldadura por láser.

2. Uso según la reivindicación 1, en el que la composición se selecciona de SnSb7Cu7Zn0, 8; SnSb7Cu12Zn0, 8; SnSb7Cu18Zn0, 8; SnSb12Cu6Zn0, 8; SnSb12Cu12Zn0, 8 y SnSb12Cu18Zn0, 8.

3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la composición se encuentra en forma de polvo o 15 polvo compactado.

4. Composición, que es una composición de material con alta capacidad de solicitación rica en Sn para el recubrimiento de sustratos metálicos, seleccionada de SnSb7Cu7Zn0, 8; SnSb7Cu12Zn0, 8; SnSb7Cu18Zn0, 8; SnSb12Cu6Zn0, 8; SnSb12Cu12Zn0, 8 y SnSb12Cu18Zn0, 8.

5. Composición según la reivindicación 4, caracterizada porque se encuentra en forma de polvo o de polvo compactado.

6. Procedimiento para la producción de un recubrimiento con alta capacidad de solicitación, que comprende 25

(i) introducir una composición según se define en al menos una de las reivindicaciones 1-5 en una instalación de soldadura por láser;

(ii) soldar por láser una o varias capas de metal con la instalación de soldadura por láser sobre una capa 30 inferior metálica; y

(iii) dado el caso tratar posteriormente el recubrimiento con alta capacidad de solicitación así producido.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la instalación de soldadura por láser se 35 selecciona de instalaciones de soldadura de hilo por láser y de polvo por láser.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque la soldadura por láser tiene lugar bajo atmósfera de gas protector.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque se aplica un grosor de capa de 0, 05-3 mm.

10. Recubrimiento con alta capacidad de solicitación, que se obtiene según el procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 6-9.