MX2008005144A - Metodo para recubrir un componente - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para revestir un componente que consiste de material de compuesto reforzado con fibra. De acuerdo con el método:a) un compuesto que consiste de partes orgánicas y metálicas es aplicado a una superficie del componente para ser revestido, como una capa adhesiva, por medio de rocío térmico;b) una capa predominante que comprende partes metálicas es aplicada a la capa adhesiva, como una capa intermediaria, por medio de rocío térmico y cinético;y c) una capa de revestimiento funcional que consiste de metal, compuesto de metal y carburo, cerámicas deóxido o mezclas de estos materiales es aplicada a una capa intermediaria por medio de rocío térmico o cinético.

Description

MÉTODO PARA RECUBRIR UN COMPONENTE Descripción de la Invención La invención se refiere a la generación de superficies funcionales en materiales compuestos reforzados con fibra mediante la aplicación de aspersión térmica y cinética, en donde se considera que la protección de la superficie del miembro contra el desgaste, daños mecánicos y adherencias, así como una mejora de la liberación de lámina (comportamiento de liberación) tienen una importancia particular. Los materiales compuestos reforzados con fibra, particularmente los que comprenden una matriz de polímero así como los polímeros reforzados con fibra de carbono, permiten la producción de miembros que tienen características mecánicas y físicas extraordinarias, tal como una baja densidad, alta fuerza de tensión y torsión, y un módulo grande de elasticidad o una alta rigidez, respectivamente. Una multiplicidad de los materiales de fibra de alta resistencia se puede utilizar, incluyendo fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de carburo de silicio así como fibras de muchos otros óxidos, carburos y otros materiales. También una multiplicidad grande de materiales poliméricos se puede utilizar, incluyendo resinas fenólicas, resinas de epoxi y muchos otros materiales. Las fibras pueden ser muy largas y se pueden colocar en patrones específicos, o pueden ser relativamente cortas y distribuirse aleatoriamente. Cuando las fibras largas se colocan en patrones específicos, se pueden orientar en una sola dirección , o se pueden colocar en patrones que se diseñan para impartir una fuerza bi- o tri-dimensional al material compuesto reforzado con fibra. Así, las características mecánicas de la estructura del material compuesto reforzado con fibra se pueden adaptar a los requisitos específicos de un miembro. Desafortunadamente, las superficies de los materiales compuestos reforzados con fibra tienen una resistencia baja al desgaste, particularmente contra el desgaste adhesivo, abrasivo y erosivo, y las características adhesivas y de fusión de los mismos son escasas para muchas aplicaciones, tal como en la industria papelera. Además, son frecuentemente susceptibles a la oxidación y a otros tipos de corrosión, requieren protección térmica, y no disponen de las características ópticas y eléctricas requeridas y similares. Por lo tanto, la utilidad de los materiales compuestos reforzados con fibra es limitada en muchas aplicaciones o requiere el uso de insertos metálicos o cerámicos en las regiones que se exponen al contacto con otros miembros o materiales y se exponen así a un desgaste creciente. Sin embargo, el uso de rodillos hechos de materiales compuestos reforzados con fibra es de interés particular en la industria de impresión, papelera y de laminado debido a que son sustancialmente más ligeros y más rígidos y así se pueden controlar de manera más fácil y con más seguridad que los rodillos hechos por ejemplo de acero. Debido a su inercia inferior además necesitan menos energ ía y tiempo para acelerar y frenar. Esto permite el ahorro de costos no sólo en el control y montaje sino también en la operación. Para proporcionar las superficies de trabajo de los rodillos con las características necesarias, los rodillos comprenden un recubrimiento de metales, cerámicas o carburos o mezclas de los mismos con plástico, cuyo recubrimiento ofrece la resistencia al desgaste requerida y otras características necesarias. Al usar los procesos de aspersión térmica , se pueden producir una multiplicidad grande de capas metálicas y cerámicas, capas de cermet, es decir partículas de carburo insertadas en una matriz metálica, así como algunos recubrimientos polimérícos. La familia de los procesos de aspersión térmica incluye la aspersión de detonación (entre otros Super D-GunTM ), la aspersión con fuego de alta velocidad y variantes de las mismas, por ejemplo la aspersión de aire-combustible, aspersión de plasma, aspersión con fuego y aspersión eléctrica. En la mayoría de los procesos de recubrimiento térmico, el material de aspersión se calienta en forma de polvo, alambre o barras a una temperatura que corresponda a o está ligeramente por encima del punto de fusión del mismo, y las gotas o partículas de fusión del material se aceleran en una corriente de gas. Las gotas se dirigen a la superficie del sustrato que se recubrirá, donde se adhieren, solidifican y forman una capa continua que tiene una estructura laminar. En el caso del proceso de aspersión de detonación de operación discontinua, la capa es desarrollada por inyectores de aspersión unidos rígidamente individuales traslapados. Tales procesos son conocidos por el experto y se describen detalladamente en numerosos documentos. A pesar de que se han hecho muchos intentos de aplicar las capas de aspersión térmica basadas en metal, cerámica o carburo directamente sobre las superficies de materiales compuestos reforzados con fibra, generalmente solamente se puede obtener una adherencia muy pobre de la capa. Frecuentemente las capas no se adhirieren al sustrato reforzado con fibra o formaron previamente escamas durante la deposición de un pequeño espesor de capa. Comúnmente la superficie del miembro se pone áspera antes de la aplicación de la capa de aspersión térmica para mejorar la adherencia. Principalmente el encrespado es efectuado alterando con corindón la superficie. La alteración con corindón u otros tipos de encrespado de las superficies que se recubrirán, sin embargo, puede dar lugar a una erosión inaceptable de la matriz polimérica combinada con una exposición de las fibras. Esto último puede deteriorar fuertemente las características de la capa. Este y otros problemas por ejemplo se ponen en manifiesto al aplicar el proceso descrito en el documento US-A-5,857,950. En este caso la superficie de un rodillo de fibra de carbono es alterado con arena con lo cual un recubrimiento de zinc se aplica como una protección térmica. Después nuevamente con la alteración con arena del rodillo ahora recubierto con zinc, un recubrimiento adhesivo se aplica, tal recubrimiento puede consistir de una mezcla de bronce, aluminio y poliéster. Posteriormente, el recubrimiento adhesivo es alterado con arena , y un recubrimiento de aspersión cerámico es aplicado y grabado. Este proceso ha mostrado ser inaceptable. Un proceso alternativo se describe en el documento EP 0 514 640 B 1 . En este caso, al principio una capa que consiste de una mezcla de una resina sintética y de partículas metálicas dispersas en la misma se produce en la superficie de un material compuesto reforzado con fibra. Durante el curado de esta capa, la superficie se tornea para exponer las partículas dispersas, a modo que el material en partículas pueda combinarse qu ímicamente con el material de una capa externa que se rocía térmicamente sobre la primera capa. A pesar del hecho del éxito limitado que se puede lograr con este proceso, la mezcla de resina sintética y material en partículas no puede adherirse correctamente al material compuesto y tiende a formarse en los glóbulos superficiales del material , por lo que no se adapta para una producción comercial . De acuerdo al documento DE 100 37 212 A1 , una superficie adhesiva es aplicada a una superficie plástica mediante un proceso de aspersión térmica, en donde esta superficie adhesiva puede consistir de zinc, aleación de zinc, aleaciones y/o materiales de aluminio, tal como aleaciones de n íquel-aluminio, que reaccionan exotérmicamente durante el trascurso del proceso de aspersión. Posteriormente una capa funcional producida además por un proceso de aspersión térmica es aplicada a la superficie adhesiva. Además, el documento EP 1 129 787 B 1 describe un proceso de recubrimiento en el cual un sustrato de material compuesto reforzado con fibra se recubre con una primera capa que contiene solamente el polímero, una segunda capa de una mezcla de pol ímero/metal y posteriormente un recubrimiento de aspersión térmica. Para obtener una suficiente fuerza de unión entre las capas, se deben seleccionar los materiales poliméricos adecuados para las primeras dos capas de recubrimiento. El problema básico de la presente invención es proporcionar los materiales compuestos reforzados con fibra recubiertos en los cuales la adherencia de las capas recubiertas para el material compuesto se mejora adicionalmente. La presente invención se refiere particularmente al objeto de mejorar la resistencia al desgaste de materiales plásticos reforzados con fibra combinando dos o más sistemas de capas rociadas térmica o cinéticamente. De acuerdo a la invención este problema se soluciona en base al principio de un compuesto que contiene componentes orgánicos y metálicos aplicados por medio de la aspersión térmica como una capa adhesiva a la superficie del material plástico reforzado con fibra; la capa rociada térmica o cinéticamente que comprende predominantemente componentes metálicos se aplica a la capa adhesiva como una capa intermedia; y la capa de cobertura funcional rociada térmica o cinéticamente que consiste de metal , CERM ET (un compuesto de metal-carburo), cerámica de óxido o mezclas de los materiales o mezclas de los mismos con material plástico, se aplica a la capa intermedia. Una mezcla de dos o más diferentes materiales se puede utilizar en la aspersión del compuesto de metal-plástico que se aplica como una capa adhesiva. En lugar del uso durante el proceso de aspersión de dos o más corrientes parciales, el material rociado en forma de polvo o alambre por sí mismo puede consistir del compuesto de material . El propósito de la capa adhesiva ya mencionada es proporcionar vía su componente plástico una unión mejorada a la matriz de la materia prima reforzada con fibra, y asegurar simultáneamente una mejor fusión de cualquier fibra expuesta , lo cual además es favorable para la adherencia de las capas. El propósito de los componentes metálicos de la capa adhesiva es permitir una unión a la capa intermedia metálica que se aplicara posteriormente. Esta capa intermedia es esencial para el uso final de la capa de cubierta funcional. Sirve como base estable para la capa de cubierta resistente al desgaste muy frágil y proporciona simultáneamente una igualación moderada de los módulos de elasticidad de la capa adhesiva y de la capa de cubierta. Además, la capa intermedia metálica proporciona una distribución y disipación uniformes del calor introducido durante el recubrimiento adicional del miembro mediante por ejemplo la aspersión con fuego de alta velocidad o la aspersión de detonación. Sin una suficiente disipación de calor, puede ocurrir una evaporación local del aglutinador orgánica del cuerpo del sustrato, lo cual daría lugar a separación de todo el sistema de capas. El proceso actualmente sugerido permite la producción de miembros recubiertos del material compuesto reforzado con fibra que se adaptan también a las altas cargas dinámicas, así como los miembros que tienen un área de capa grande. Las modalidades preferidas de la invención continúan a partir de las sub-reivindicaciones. Preferiblemente el componente orgánico de la capa adhesiva, por ejemplo poliéster, cantidades entre 5 y 60%, más preferiblemente entre 20 y 50%, y muy preferiblemente entre 30 y 40%. El componente metálico de la capa adhesiva, por ejemplo aluminio, cobre o níquel, preferiblemente cantidades entre 40 y 90%, y más preferiblemente entre 60 y 80%. El espesor de la capa adhesiva está preferiblemente entre 0.1 y 2 milímetros, más preferiblemente entre 0.1 y 1 milímetro, y muy preferiblemente entre 0.2 y 0.4 milímetros. En una modalidad particularmente preferida una capa adhesiva de 0.2 milímetros de espesor es aplicada rociando plasma y consiste de un compuesto de metal-poliéster. En otra modalidad particularmente preferida, la capa de metal que tiene un espesor de aproximadamente 0.1 a 1 milímetro es rociada por un proceso de aspersión térmica sobre la capa adhesiva. En una modalidad el espesor de la capa intermedia está entre 0.5 y 2 milímetros. Antes de aplicar la capa de cubierta, la capa intermedia puede tornearse, por ejemplo moliendo o volteándola, para nivelar la desigualdad causada por las etapas de procesos anteriores. Es favorable aplicar la capa intermedia metálica por un método que no implique la combustión, tal como rociado por arco, aspersión de plasma o aspersión cinética, para mantener la entrada de calor en la materia prima del plástico reforzado con fibra tan baja como sea posible.

También es favorable utilizar para la capa intermedia un material metálico que tenga una ductilidad tan alta como sea posible. En otra modalidad la capa intermedia consiste ya de un compuesto de metal y material duro, por ejemplo una capa compuesta por aluminio-alúmina rociada cinéticamente, para proporcionar un aumento de la fuerza. Cuando la capa del material reforzado con fibra tiene como objetivo particularmente el aumento de la resistencia al desgaste, la capa de cubierta funcional del sistema de capas preferiblemente consiste de óxido cerámico (por ejemplo cromo) o de CERMET (compuesto de metal-carburo, por ejemplo partículas de carburo de tungsteno insertadas en una matriz de cobalto metálico).

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método para recubrir un miembro de material compuesto reforzado con fibra, caracterizado porque (a) al principio un compuesto que consiste de componentes orgánicos y metálicos es aplicado por medio de aspersión térmica como una capa adhesiva a una superficie del miembro que se recubrirá; (b) una capa que comprende predominante componentes metálicos es aplicada por medio de aspersión térmica o cinética como una capa intermedia a la capa adhesiva; y (c) una capa de cubierta funcional que consiste de metal, un compuesto de metal-carburo, óxido cerámico o mezclas de los mismos, es una capa intermedia aplicada por medio de aspersión térmica o cinética.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente orgánico de la capa adhesiva asciende a entre 5 y 60%, preferiblemente entre 20 y 50%, y más preferiblemente entre 30 y 40%.

3. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente metálico de la capa adhesiva asciende entre 40 y 90%, y preferiblemente entre 60 y 80%.

4. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la capa adhesiva está entre 0.1 y 2 milímetros, preferiblemente entre 0.1 y 1 mil ímetro, y más preferiblemente entre 0.2 y 0.4 mil ímetros.

5. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente metálico de la capa intermedia asciende a 60% o más.

6. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la capa intermedia está entre 0.1 y 2 mil ímetros, preferiblemente entre 0.2 y 1 mil ímetro, y más preferiblemente entre 0.3 y 0.6 milímetros.

7. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa intermedia se tornea antes de aplicar la capa de cubierta.