BR112014023755B1 - método para junção de uma primeira peça de metal com uma segunda peça de metal, produto, e, composição depressora de fusão - Google Patents

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Abstract

1 / 1 resumo “mã‰todo para junã‡ãƒo de uma primeira peã‡a de metal com uma segunda peã‡a de metal, produto, e, composiã‡ãƒo depressora de fusãƒo” um mã©todo para unir uma primeira peã§a de metal (i) com uma segunda peã§a de metal (12), as peã§as de metal (11,12), com uma temperatura de solidificaã§ã£o acima de 1100 âºc. o mã©todo compreende: a aplicaã§ã£o de uma composiã§ã£o depressora de fusã£o (14) sobre uma superfã­cie (15) da primeira peã§a de metal (11), a composiã§ã£o depressora de fusã£o (14) compreendendo um componente depressor de fusã£o que compreende pelo menos 25% em peso de boro e silã­cio para diminuir a temperatura de fusã£o da primeira peã§a metal (11); trazendo (202) da segunda peã§a de metal (12) em contato com a composiã§ã£o depressora de fusã£o (14) no ponto de contato (16) na dita superfã­cie (15); aquecimento das primeira e segunda peã§as de metal (11, 12) a uma temperatura acima de 1100 âºc; e permitir uma camada de metal fundido (210) do primeiro componente de metal (11) solidificar, de modo a que uma junã§ã£o (25) ã© obtida no ponto de contato (16). a composiã§ã£o depressora de fusã£o e produtos relacionados sã£o tambã©m descritos.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA JUNÇÃO DE UMA PRIMEIRA PEÇA DE METAL COM UMA SEGUNDA PEÇA DE METAL, PRODUTO, E, COMPOSIÇÃO DEPRESSORA DE FUSÃO (51) Int.CI.: B23K 35/00; B23K 35/02; B23K 35/365; C22C 19/00 (30) Prioridade Unionista: 28/03/2012 EP 12161742.7 (73) Titular(es): ALFA LAVAL CORPORATE AB (72) Inventor(es): PER SJÕDIN; KRISTIAN WALTER (85) Data do Início da Fase Nacional: 24/09/2014 / 42 “MÉTODO PARA JUNÇÃO DE UMA PRIMEIRA PEÇA DE METAL COM UMA SEGUNDA PEÇA DE METAL, PRODUTO, E, COMPOSIÇÃO DEPRESSORA DE FUSÃO”
Campo Técnico [0001] A invenção refere-se a um método para unir uma primeira peça de metal com uma segunda peça de metal por meio de uma composição depressora de fusão. A invenção refere-se também à composição depressora de fusão e a produtos que compreendem as peças de metal unidas.
Técnica Anterior [0002] Hoje, existem diferentes métodos de montagem para unir peças de metal (objetos de metal ou peças de metal) que são feitos de elementos de metal, em que elementos de metal incluem vários metais elementares, bem como várias ligas de metal. As peças de metal em questão têm, em virtude dos elementos de metal ou ligas que são feitos, uma temperatura de fusão de pelo menos 1100°C, o que significa que as peças de metal não podem ser feitas de, por exemplo, cobre puro, alumínio puro ou várias ligas à base de alumínio. Alguns exemplos de metal de peças de metal que podem ser feitas são tipicamente ligas à base de ferro, níquel e cobalto. [0003] Um método comum para a união de tais peças de metal é a soldadura, que é um método em que o metal na peça de metal, com ou sem material adicional é fundido, ou seja, um produto fundido é formado por meio de fusão e subsequente ressolidificação.
[0004] Um outro método de união é brasagem que é um processo de junção de metal, onde um metal de enchimento é primeiro aplicado em pelo menos um de duas peças de metal a serem unidas e, em seguida, aquecido acima do seu ponto de fusão e distribuído entre as peças de metal por ação capilar. O metal de enchimento é colocado acima da sua temperatura de fusão, tipicamente sob a proteção de uma atmosfera adequada. O metal de enchimento, então, flui sobre as partes de metal em direção aos pontos de / 42 contato onde formam junções.
[0005] Geralmente, quando da brasagem, um metal de enchimento é aplicado em contato com uma abertura ou uma folga entre as peças de metal a serem unidas. Durante o processo de aquecimento o material de enchimento funde e preenche a abertura a ser unida. No processo de brasagem existem três fases principais, onde a primeira fase é chamada de fase física. A fase física inclui umedecimento e fluxo do metal de enchimento. A segunda fase normalmente ocorre a uma dada temperatura de junção. Durante esta fase há a interação sólido-líquida, que é acompanhada pela transferência de massa substancial. Um pequeno volume das peças de metal que imediatamente se junta ao metal de enchimento líquido ou dissolve ou é reagido com o metal de enchimento nesta fase. Ao mesmo tempo, uma pequena quantidade de elementos proveniente das fases líquidas penetra nas peças de metal sólido. Esta redistribuição de componentes na área de junção resulta na mudança da composição do metal de enchimento e, às vezes, o início da solidificação do metal de enchimento. A última fase, que se sobrepõe à segunda, é caracterizada pela formação da microestrutura final da junção e progride durante a solidificação e o resfriamento da junção. O volume das peças de metal, que se junta ao metal de enchimento líquido é muito pequeno, isto é, a junção é formada para a maior parte pelo metal de enchimento. Geralmente, quando da brasagem, pelo menos 95% do metal sob a junção vêm a partir do metal de enchimento.
[0006] Outro método para unir duas peças de metal (materiais de origem) é a ligação de difusão transitória da fase líquida (ligação TLP) onde a difusão ocorre quando um elemento depressor do ponto de fusão de uma camada intermediária se move no limite da rede e grãos das peças de metal na temperatura de ligação. Processos de difusão de estado sólido, então, conduzem a uma alteração da composição da interface de ligação e a camada intermédia diferente funde a uma temperatura mais baixa do que a materiais / 42 de origem. Assim, uma fina camada de líquido se espalha ao longo da interface de modo a formar uma junção a uma temperatura inferior ao ponto de fusão ou das peças de metal. A redução da temperatura de ligação leva a solidificação do material fundido, e esta fase pode ser posteriormente difundida afastada das peças de metal mantendo a temperatura de ligação durante um período de tempo.
[0007] Métodos de união, tais como soldagem, brasagem e ligaçãoTLP unem com sucesso peças de metal. No entanto, a soldagem tem as suas limitações, uma vez que pode ser muito dispendioso ou mesmo impossível criar um grande número de junções, quando elas são de difícil acesso. Brasagem também tem suas limitações, por exemplo, em que às vezes é difícil de aplicar corretamente ou mesmo determinar um metal de enchimento mais adequado. Ligação-TLP tão vantajosa quando se trata de juntar materiais diferentes, mas tem suas limitações. Por exemplo, muitas vezes é difícil encontrar uma camada intermediária adequada e o método não é muito adequado para a criação de uma junção, onde grandes aberturas são para ser cheias, ou quando uma junção relativamente grande é para ser formada.
[0008] Assim, muitos fatores estão envolvidos na escolha de um determinado método de união. Fatores que também são cruciais é o custo, produtividade, segurança, velocidade de processo e propriedades da junção que une as partes de metal, bem como propriedades das partes de metal por si após a junção. Embora os métodos acima citados tenham as suas vantagens, há ainda uma necessidade de um método de junção a ser utilizado como um complemento para os presentes métodos, em particular se fatores tais como o custo, a produtividade, a segurança e a velocidade do processo são levados em conta.
Sumário [0009] É um objeto da invenção melhorar as técnicas acima e a técnica anterior. Em particular, é um objetivo proporcionar um método para / 42 unir peças de metal (peças trabalhadas de metal, ou seja, peças ou objetos que são feitos de metal) de uma maneira simples e fiável enquanto ainda produz uma forte união entre as peças de metal.
[00010] Para resolver estes objetivos um método para a união de uma primeira peça de metal com uma segundo peça de metal é fornecido. O método é usado para peças de metal que têm uma temperatura de solidificação acima de 1100 °C. O método compreende:
aplicar uma composição depressora de fusão sobre uma superfície da primeira peça de metal, a composição depressora de fusão compreendendo um componente depressor de fusão que compreende pelo menos 25% em peso de boro e silício para diminuir uma temperatura de fusão da primeira peça de metal, e, opcionalmente, um componente de ligação para facilitar a aplicação da composição depressora de fusão sobre a superfície;
trazer a segunda peça de metal em contato com a composição depressora de fusão para um ponto de contato sobre a dita superfície;
aquecer as primeira e segunda peças de metal a uma temperatura acima de 1100°C, a dita superfície da primeira peça de metal de modo a fundir assim uma camada de superfície da primeira peça de metal e, em conjunto com o componente depressor de fusão, forma uma camada de metal fundido (em fusão) que está em contato com a segunda peça de metal no ponto de contato; e permitir a camada de metal fundido a solidificar, de modo a que uma junção é obtida no ponto de contato.
[00011] O metal nas peças de metal pode ter a forma de, por exemplo ligas de metal à base de ferro, níquel e cobalto, visto que eles normalmente têm uma temperatura de solidificação acima de 1100 ° C. As partes de metal não podem ser de cobre puro, ligas à base de cobre, de alumínio puro ou de ligas à base de alumínio que não têm uma temperatura de solidificação acima de 1100°C. O metal na peça de metal ou mesmo a peça de metal, por si só / 42 pode ser dito como o metal original ou material de base. Neste contexto, uma liga à base de ferro é uma liga em que o ferro tem a maior percentagem em peso de todos os elementos na liga (% em peso). A correspondente situação também se aplica para as ligas à base de níquel, cobalto, cromo e alumínio.
[00012] Como indicado, a composição depressora de fusão compreende pelo menos um componente, que é o componente depressor de fusão. Opcionalmente, a composição depressora de fusão compreende um componente ligante. Todas substâncias ou peças da composição depressora de fusão que contribui para a diminuição da temperatura de fusão de pelo menos a primeira parte de metal é considerada como sendo parte do componente depressor de fusão. As partes da composição depressora de fusão que não estão envolvidas na redução de uma temperatura de fusão de, pelo menos, a primeira peça de metal, mas sim se liga a composição depressora de fusão, de tal modo que forma, por exemplo, uma pasta, tinta ou suspensão, é considerada ser parte do componente ligante. Naturalmente, o componente depressor de fusão pode incluir outros componentes, tais como pequenas quantidades de material de enchimento de metal. No entanto, tal metal de enchimento não pode representar mais do que 75% em peso do componente depressor de fusão, uma vez que, pelo menos, 25% em peso do componente depressor de fusão compreende boro e silício. Se um metal de enchimento é incluído na composição depressora de fusão, ele é sempre parte do componente depressor de fusão.
[00013] Neste contexto, boro e silício significa a soma de boro e silício no componente depressor de fusão, calculado em % em peso. Aqui, % em peso significa percentagem em peso, que é determinada pela multiplicação da fração de massa por 100. Como é sabido, fração de massa de uma substância em um componente é a relação entre a concentração em massa da substância (a densidade da substância no componente) para a densidade do / 42 componente. Assim, por exemplo, pelo menos 25% em peso de boro e silício significa que o peso total de boro e de silício é de pelo menos 25 g. numa amostra de 100g do componente depressor de fusão. Obviamente, se um componente ligante é compreendido na composição depressora de fusão, então a % em peso de boro e de silício na composição depressora de fusão pode ser inferior a 25% em peso. No entanto, pelo menos 25% em peso de boro e de silício estão sempre presentes no componente depressor de fusão, o qual, como indicado, também inclui qualquer material de enchimento de metal que pode ser incluído, por exemplo, metal de enchimento é sempre considerado como parte da composição depressora de fusão.
[00014] O boro inclui todo boro no componente depressor de fusão que inclui boro elementar bem como boro em um composto de boro. De modo correspondente, o silício inclui todo silício do componente depressor de fusão, que inclui silício elementar bem como o silício em um composto de silício. Assim, tanto o boro e silício podem, no componente depressor de fusão, ser representado pelo boro e silício em vários compostos de boro e de silício.
[00015] Obviamente, a composição depressora de fusão é muito diferente das substâncias de brasagem convencionais uma vez que elas têm muito mais metal de enchimento em relação a substâncias depressoras de fusão como o boro e silício. Em geral, as substâncias de brasagem tem menos do que 18% em peso de boro e silício.
[00016] O método é vantajoso na medida em que o metal de enchimento pode ser reduzido ou mesmo excluído e em que ele pode ser aplicado para as partes de metal que são feitas de diferentes materiais. Ele também pode ser usado dentro de uma vasta faixa de aplicações, por exemplo, para juntar placas de transferência de calor ou quaisquer objetos de metal apropriados que, caso contrário são unidos por, por exemplo, soldadura ou brasagem convencional.
/ 42 [00017] É claro que, a composição depressora de fusão pode ser aplicada sobre a segunda peça de metal também.
[00018] O boro pode ter origem a partir de qualquer de boro elementar e de boro de um composto de boro selecionado a partir de, pelo menos, qualquer um dos seguintes compostos: carboneto de boro, boretos de silício, boretos de níquel e boretos de ferro. O silício pode ter origem a partir de qualquer de silicone elementar e de silício de um composto de silício selecionado de entre pelo menos um dos seguintes compostos: carboneto de silício, boreto de silício e ferro-silício.
[00019] O componente depressor de fusão pode compreender, pelo menos, 40% em peso de boro e silício, ou pode ainda compreender, pelo menos, 85% em peso de boro e silício. Isto significa que, se qualquer metal de enchimento está presente, está presente em quantidades de menos do que 60% em peso, respectivamente, inferior a 15% em peso. O componente depressor de fusão pode ainda compreender, pelo menos, 95% em peso de boro e silício. [00020] Boro pode constituir, pelo menos 10% em peso do teor de boro e silício do composto depressor de fusão. Isto significa que, quando o componente depressor de fusão compreende pelo menos 25% em peso de boro e silício, então, o componente depressor de fusão compreende pelo menos, pelo menos, 2,5% em peso de boro. Silício pode constituir, pelo menos, 55% em peso do teor de boro e silício do composto depressor de fusão.
[00021] O componente depressor de fusão pode compreender menos do que 50% em peso de elementos de metal, ou inferior a 10% em peso de elementos de metal. Tais elementos de metal correspondem ao metal de enchimento discutido acima. Tais pequenas quantidades de elementos de metal ou de metal de enchimento diferencia a composição depressora de fusão nitidamente a partir de, por exemplo, composições de brasagem depressor uma vez que as composições compreendem pelo menos 60% em peso de / 42 elementos de metal. Aqui, elementos de metal incluem, por exemplo, todos metais de transição, que são os elementos no bloco-d da tabela periódica, que inclui grupos de 3 a 12 da tabela periódica. Isto significa que, por exemplo, ferro (Fe), níquel (Ni), cobalto (Co), cromo (Cr) e molibdênio (Mo) são elementos de metal. Os elementos que não são elementos de metal são os gases nobres, os halogêneos e os seguintes elementos: boro (B), carbono (C), silício (Si), nitrogênio (N), fósforo (P), arsênio (As), oxigênio (O), enxofre (S), selênio (Se) e telúrio (Tu). Devia ser notado que, por exemplo, se o boro vem do composto boreto de níquel, então, a parte do níquel do presente composto é um elemento de metal que é incluído nos elementos de metal que numa forma de realização deve ser inferior a 50% em peso e em a outra forma de realização menos de 10% em peso.
[00022] A primeira peça de metal pode compreender uma espessura de 0,3 a 0,6 mm e a aplicação da composição depressora de fusão pode então compreender a aplicação de uma média de 0,02 a 0,12 mg de boro e silício por mm2 da superfície da primeira peça de metal. A aplicação de uma média de 0,02 a 0,12 mg de boro e silício por mm2 da superfície da primeira peça de metal inclui qualquer aplicação indireta via por exemplo, a segunda peça de metal, por exemplo, boro e silício que é transferido da segunda peça de metal para a primeira peça de metal. Assim, o boro e silício aqui ditos não devem necessariamente ter sido aplicados diretamente sobre a primeira peça de metal, enquanto ele ainda contribui para a fusão da camada de superfície da primeira peça de metal.
[00023] A primeira peça de metal pode compreender uma espessura de 0,6 a 1,0 mm e a aplicação da composição depressora de fusão pode então compreender a aplicação de uma média de 0,02 a 1,0 mg de boro e silício por mm2 da superfície da primeira peça de metal. Como antes, a aplicação inclui também aplicação indireta através da segunda peça de metal.
[00024] A primeira peça de metal pode compreender uma espessura de / 42 mais do que 1,0 mm e a aplicação da composição depressora de fusão pode então compreender a aplicação de uma média de 0,02 a 5,0 mg de boro e silício por mm2 da superfície da primeira peça de metal.
[00025] A superfície pode ter uma área que é maior do que uma área definida pelo ponto de contato com a dita parte de superfície, tal que o metal da camada de metal fundido flui para o ponto de contato ao permitir a junção se formar. Esse fluxo é geralmente causado por ação capilar.
[00026] A área da superfície pode ser, pelo menos 10 vezes maior do que a área definida pelo ponto de contato. A área da superfície pode ser ainda maior (ou o ponto de contato relativamente pequeno), tal como pelo menos 20 ou 30 vezes maior do que a área definida pelo ponto de contato. A área da superfície refere-se à área da superfície de onde metal fundido flui para formar a junção.
[00027] A área da superfície pode ser, pelo menos, três vezes maior do que uma área de seção transversal da junção. A área da superfície pode ser ainda maior (ou a área da seção transversal da junção relativamente menor), tal como ela é, pelo menos, 6 ou 10 vezes maior do que a área definida pelo ponto de contato. A área da seção transversal da junção pode ser definida como a área de seção transversal que a junção tem através um plano que é paralelo à superfície na qual o ponto de contato está localizado, em um local em que a junção tem a sua menor extensão (área da seção transversal).
[00028] O conjunto pode compreender, pelo menos, 50% em peso ou, pelo menos, 85% em peso, ou mesmo 100% em peso de metal (elemento de metal) que, antes do aquecimento, era parte de qualquer da primeira peça de metal e a segunda peça de metal. Isto é conseguido permitindo que de metal das peças de metal flua para o ponto de contato e forme a junção. Uma junção que é formada deste modo é muito diferente do que as junções que são formadas por brasagem, uma vez que geralmente tais junções compreendem pelo menos 90% em peso de metal, que, antes da brasagem, era parte de um / 42 metal de enchimento de brasagem de a uma substância de brasagem que foi usada para formar a junção.
[00029] Qualquer da primeira peça de metal e da segunda peça de metal pode compreender uma pluralidade de saliências que se estendem para a outra peça de metal, de tal modo que, ao colocar a segunda peça de metal em contato com a dita superfície, uma pluralidade de pontos de contato são formadas na dita superfície. Este é normalmente o caso quando as peças de metal têm a forma de placas de placas corrugadas que são empilhadas e unidas para formar trocadores de calor.
[00030] A primeira peça de metal pode compreender qualquer um de:
i) > 50% em peso de Fe, <13% em peso de Cr, <1% em peso de Mo, <1% em peso de Ni e <3% em peso de Mn;
ii) > 90% em peso de Fe;
iii) > 65% em peso Fe e >13% em peso de Cr;
iv) >50% em peso de Fe, >15,5% em peso de Cr e >6% em peso de Ni;
v) > 50% em peso de Fe, >15,5% em peso de Cr, 1 a 10% em peso de Mo e >8% em peso de Ni;
vi) > 97% em peso de Ni;
vii) >10% em peso de Cr e >60% em peso de Ni;
viii) >15% em peso de Cr, >10% em peso de Mo e >50% em peso de Ni;
ix) >70% em peso de Co; e
x) >10% em peso de Fe, 0,1 a 30% em peso de Mo, 0,1 a 30% em peso de Ni e >50% em peso de Co.
[00031] O acima significa que a primeira peça de metal e a segunda parte de metal também, pode ser feita de um grande número de diferentes ligas. Obviamente, os exemplos acima são equilibrados com outros metais ou elementos comuns, como na indústria.
[00032] De acordo com um outro aspecto, um produto que compreende uma primeira peça de metal que é unida com uma segunda peça de metal por / 42 uma junção é fornecida. As peças de metal têm uma temperatura de solidificação acima de 1100°C e a junção compreende, pelo menos, 50% em peso de elementos de metal que tenham sido extraídos de uma área que circunda a junção e que faz parte de qualquer da primeira peça de metal e a segunda parte de metal.
[00033] De acordo com um outro aspecto, um produto é fornecido que compreende uma primeira peça de metal que é unida com uma segunda peça de metal de acordo com o método acima, ou qualquer das suas formas de realização.
[00034] De acordo com um outro aspecto, uma composição depressora de fusão é prevista, ou seja, especificamente desenvolvida e configurada para, unir uma primeira peça de metal com uma segunda peça de metal de acordo com o método acima ou qualquer uma das suas formas de realização, a composição depressiva de fusão compreendendo i) um componente depressor de fusão que compreende pelo menos 25% em peso de boro e silício para diminuir uma temperatura de fusão, e ii), opcionalmente, um componente ligante para facilitar a aplicação da composição depressora de fusão sobre a primeira peça de metal.
[00035] Diferentes objetivos, características, aspectos e vantagens do método, os produtos e a composição depressora de fusão irão aparecer a partir da seguinte descrição detalhada bem como a partir dos desenhos. Breve Descrição dos Desenhos [00036] Formas de realização da invenção serão agora descritas, a título de exemplo, com referência aos desenhos esquemáticos anexos, em que a figura 1 é uma vista em corte transversal de uma primeira e uma segunda peça de metal em que uma composição depressora de fusão é aplicada nas partes intermédias, a figura 2 mostra as partes de metal da Figura 1, durante o aquecimento, / 42 a figura 3 mostra as partes de metal da Figura 1, quando a junção é formada, a figura 4 é uma vista em corte transversal de uma primeira e uma segunda peça de metal em que uma composição depressora de fusão é aplicada nos componentes intermédios e em que a segunda peça de metal encosta-se na primeira peça de metal, a figura 5 mostra as peças de metal da Figura 4 durante o aquecimento, a figura 6 mostra as peças de metal da Figura 4, quando uma junção é formada, a figura 7 mostra as peças de metal quando uma junção é formada e em que as partes tenham sido pressionadas em direção uma a outra durante a formação da junção, a figura 8 é uma vista correspondente à Figura 7, onde o material de ambas as peças de metal fundiram e formaram a junção, a figura 9 corresponde à Figura 1 e mostra a distribuição de um ponto de contato entre as peças de metal, a figura 10 mostra uma área do ponto de contato entre as peças de metal, a figura 11 corresponde à Figura 3 e mostra a distribuição de uma junção entre as partes de metal, a figura 12 mostra uma área de seção transversal da junção, a figura 13 mostra uma placa pressionada que é usada num número de exemplos que descrevem como duas peças de metal podem ser unidas, a figura 14 é uma fotografia de um corte transversal de uma junção entre a placa mostrada na Figura 13 e uma placa plana, a figura 15 mostra um diagrama no qual a largura da junção medida é representada como uma função de uma quantidade aplicada (g/ / 42
3500mm2) da composição depressora de fusão, incluindo linhas de tendência, a figura 16 mostra um outro diagrama em que uma área preenchida calculada da junção com base sobre a largura medida é representada em função da quantidade aplicada (g/3500mm2) da composição depressiva de fusão incluindo linhas de tendência, a figura 17 mostra um outro diagrama em que a % de tensão das amostras testadas onde a junção era mais forte ou a mesma que o material da placa está representada graficamente como uma função da quantidade aplicada (g/3500 mm2) da composição depressora de fusão incluindo linhas de tendência, a figura 18 mostra imagens de outras amostras de teste que foram unidas, e a figura 19 é um fluxograma de um método para juntar uma primeira e uma segunda peça de metal.
[00037] Descrição Detalhada [00038] A Figura 1 mostra uma primeira peça de metal 11 e uma segunda peça de metal 12 onde uma composição depressora de fusão 14 é disposta sobre uma superfície 15 da primeira peça de metal 11. A segunda peça de chapa 12 está, em um ponto de contato 16, em contato com a composição depressora de fusão 14 na superfície 15. Para a segunda peça de metal 12 ilustrada, uma primeira saliência 28 está em contato com a composição depressora de fusão 14 no ponto de contato 16, enquanto uma segunda saliência 29 está em contato com a composição depressora de fusão 14 em outro ponto de contato 116. A primeira peça de metal 11 é feita de um elemento de metal, tal como uma liga à base de ferro. Mais exemplos de elementos de metal adequados para a primeira peça de metal 11 que podem ser feitos são dados abaixo. A segunda peça de metal 12 é também feita de um elemento de metal, o qual pode ser o mesmo elemento de metal que, como a primeira peça de metal 11 é feita. Na Figura 1 a primeira peça de metal peça / 42 e a segunda peça de metal 12 não estão ainda unidas.
[00039] Cinco planos P1 a P5 são usados para descrever a forma como a primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12 são unidas. O primeiro plano P1 define a superfície da composição depressora de fusão 14. O segundo plano P2 define a superfície 15 da primeira peça de metal 11, que é uma superfície superior 15 da primeira peça de metal 11. Isto significa que a composição depressora de fusão 14 tem uma espessura que corresponde à distância entre o primeiro plano P1 e o segundo plano P2 (a superfície 15). Deve ser notado que a espessura da composição depressora de fusão 14 é grandemente exagerada nas figuras ilustradas. A espessura real, isto é a quantidade de composição depressora de fusão 14 sobre a superfície 15, bem como a composição depressora de fusão 14, é discutida em detalhe abaixo. [00040] O terceiro plano P3 define uma camada de superfície 21 da primeira peça de metal 11, onde a camada de superfície 21 estende-se desde a superfície 15 e o terceiro plano P3 que está localizado na primeira peça de metal 11. Assim, a espessura da camada de superfície 21 corresponde à distância entre o segundo plano P2 (a superfície 15), e o terceiro plano P3. O quarto plano P4 define uma superfície inferior da primeira peça de metal 11. A espessura da primeira peça de metal 11 corresponde à distância entre o segundo plano P2 e quarto plano P4. A primeira peça de metal 11 tem também uma camada inferior 22, que é a peça da primeira peça de metal 11 que não inclui a camada de superfície 21 e que se estende a partir do terceiro plano P3 para o quarto plano P4. O quinto plano P5 define uma linha de base da segunda peça de metal 12, em que a primeira saliência 28 e a segunda saliência 29 projeta-se a partir da linha de base em direção à primeira peça de metal 11.
[00041] As formas ilustradas da primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12 são apenas para exemplificar formas e outras formas são também possíveis. Por exemplo, as peças de metal 11, 12 podem ter formas / 42 curvas, de modo que os planos P1 a P5 não tem a forma de superfícies planas, bidimensionais, mas sim a forma de superfícies curvas.
[00042] A Figura 2 mostra os componentes de metal 11, 12 quando eles são aquecidos a uma temperatura acima da qual a composição depressora de fusão 14 faz a camada superficial 21 fundir e formar uma camada de metal fundido 210, mas a uma temperatura que está abaixo da temperatura de fusão do material na primeira peça de metal 11 e na segunda peça de metal 12. Em resumo, quando o aquecimento das peças de metal 11, 12, de boro e silício da composição depressora de fusão 14 difunde-se na primeira peça de metal 11 e causa a sua fusão a uma temperatura que é mais baixa do que a temperatura de fusão do material na primeira peça de metal 11 (e da segunda peça de metal 12). A composição depressora de fusão 14 é aplicada sobre a superfície 15 em quantidades que faz a camada superficial 21 se fundir e formar a camada de metal fundido 210. Assim, a quantidade de composição depressora de fusão 14 é escolhida de modo que o boro e silício só se difundam para a camada de superfície 21 (muito boro e silício podem fundir toda a primeira peça de metal 11). As quantidades adequadas da composição depressora de fusão 14 são descritas nos exemplos abaixo. Metal na camada de metal fundido 210 então flui, geralmente por ação capilar, em direção ao ponto de contato 16 (e para outros, pontos de contato similares, tais como ponto de contato 116).
[00043] A Figura 3 mostra os componentes de metal 11, 12 quando toda a composição depressora de fusão 14 se difundiu para a primeira peça de metal 11 e quando o metal na camada de metal fundido 21 fluiu em direção ao ponto de contato 16, onde uma junção 25 agora é formada. A junção agora compreende metal que anteriormente fazia parte da primeira peça de metal 11. Como pode ser visto, a composição depressora de fusão 14 já não está presente sobre a superfície 15 da primeira peça de metal 11, uma vez que se difundiu para a primeira peça de metal 11 e, tipicamente, até certo ponto, para / 42 a segunda peça de metal 12. Uma vez que a junção 25 é formada a partir de metal a partir da primeira peça de metal 11, a primeira peça de metal 11 é mais fina agora do que antes do aquecimento. Como pode ser visto, a primeira peça de metal 11 tem agora uma superfície superior 15', que não está localizada no segundo plano P2. Em vez disso, a superfície superior é agora mais perto do quarto plano P4. Geralmente, nem todo metal sob a camada de metal fundido 210 flui para o ponto de contato 16 para formar a junção 25, mas alguns permanecem como uma superfície superior da primeira peça de metal 11 e solidifica ali simultaneamente com a solidificação da junção 25. A solidificação tem lugar quando a temperatura é diminuída, mas também uma diminuição prévia da temperatura, por exemplo, porque o boro e o silício da composição depressora de fusão difunde gradualmente para dentro e para misturar com o material da primeira peça de metal 11. O processo físico após a fusão do metal na primeira peça de metal 11, bem como a subsequente solidificação é similar com o processo de solidificação e fusão que ocorre durante a brasagem. No entanto, em comparação com brasagem convencional, há uma grande diferença de que a composição depressora de fusão 14 compreende nenhuma ou muito pequenas quantidades de material de enchimento de metal; em vez de utilizar um metal de enchimento para criar a junção 25, metal a partir da primeira peça de metal 11 e, opcionalmente, como irá ser descrito, a partir da segunda peça de metal 12, é utilizado para criar a junção 25.
[00044] As Figuras 4 a 6 correspondem às Figuras 1 a 3, com a diferença de que a segunda peça de chapa 12 é pressionada para a composição depressora de fusão 14 de tal modo que é, basicamente, em contato com ou confina com a primeira peça de metal 11 (algumas pequenas quantidades da composição depressora de fusão 14 ainda estão normalmente presentes entre as peças de metal 11, 12).
[00045] A Figura 7 corresponde às Figuras 3 e 6, com a diferença de / 42 que a primeira peça de chapa 11 e a segunda peça de chapa 12 foram pressionadas em direção uma a outra, durante a formação da junção 25 Como um resultado, a segunda peça de metal 12 tem no local da junção 25 afundado na camada de metal fundido 210 da primeira peça de metal 11. [00046] A Figura 8 corresponde à Figura 7, onde o material de ambas a primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12 fundiram e formaram a junção 25. Na prática, isto é normalmente o que acontece durante a formação da junção 25, especialmente se a primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12 são feitas do mesmo material, desde que a segunda peça de metal 12 está também em contato com a composição depressora de fusão.
[00047] Antes do aquecimento, a segunda peça de metal 12 tem um contorno exterior definido pela linha L2. Durante o aquecimento de uma camada de superfície da segunda peça de metal 12 forma uma camada de superfície fundida, em que o metal dessa camada flui para o ponto de contato 16 e forma peça de uma junção 25 ali. A camada de superfície fundida da segunda peça de metal 12 é representada pela camada entre a linha L2 e a linha L1, em que linha L1define um limite onde o metal da segunda peça de metal 12 não tenha sido fundido.
[00048] Deve ser notado que não há limites nítidos reais entre o metal da primeira peça de metal 11 e a segundo peça de metal 12 que é fundida, respectivamente, não é fundida. Em vez disso, há uma transição gradual de fundido para não fundido.
[00049] A Figura 9 corresponde à Figura 1 e mostra uma distribuição do ponto de contato 16 entre a primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12. Figura 10 mostra as mesmas peças de metal 11, 12, mas acima e no primeiro plano P1. Figura 9 é uma vista em corte transversal, como visto ao longo da linha A-A na Figura 10.
[00050] Como pode ser visto antes, o ponto de contato 16 tem uma / 42 distribuição sobre a composição depressora de fusão 14 na primeira peça de metal 11 que é significativamente maior do que a distribuição da composição depressora de fusão 14 sobre a superfície 15. A distribuição do ponto de contato 16 tem uma área A2 que é significativamente menor do que uma área A1 da composição depressora de fusão 14 sobre a superfície 15. A área A1 compreende a área A2. A área A1 prolonga-se entre duas linhas L3, L4, que estão localizadas em um respectivo lado do ponto de contato 16. Linha L3 está localizada entre o ponto de contato 16 e o outro ponto de contato 116, uma vez que o metal fundido da primeira peça de metal 11 geralmente flui em direção ao ponto de contato mais próximo. A área A1 da superfície 15 em que a composição depressora de fusão 14 é aplicada é pelo menos 10 vezes maior do que a área A2 definida pelo ponto de contato 16. A área A1 pode ser definida como uma área da superfície 15 na qual a composição depressora de fusão 14 é aplicada e da qual a área A1 é estirada para formar a junção 25. A área A2 pode ser definida como a área do ponto de contato 16, isto é, a área de contato entre a composição depressora de fusão 14 e a segunda peça de metal 12, incluindo, opcionalmente, uma área de contato (se houver alguma) entre a primeira peça de chapa 11 e a segunda peça de metal 12 no ponto de contato 16. A área A 1 é geralmente de pelo menos 10 vezes maior que a área A2.
[00051] Como pode ser visto, a junção 25 tem uma seção transversal são A3 que é significativamente menos do que a área A1 da composição depressora de fusão 14 sobre a superfície 15. Como antes, a área A1 pode ser definida como uma área da superfície 15 em que a composição depre4ssorqa de fusão 14 é aplicada e a partir da área A1 o metal. é estirado para formar a junção 15. A área de secção transversal A3 da junção 25 pode ser definida como a área menor da junção 25 entre a primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12. A área transversal A3 pode ter a forma de uma superfície curva. Obviamente, as áreas A1 e A2 podem ter a forma de / 42 superfícies curvas, dependendo da respectiva forma da primeira peça de metal 11 e a segunda peça de metal 12.
[00052] Uma série de experiências e exemplos são agora apresentados para descrever materiais apropriados para a primeira peça de metal 11, a segunda peça de metal 12, a composição da composição depressora de fusão 14, cuja quantidade da composição depressora de fusão 14 deve ser usada, as temperaturas adequadas para o aquecimento, para o tempo de aquecimento que deve ser feito, etc. Assim, os resultados destes experimentos e exemplos são usados para entidades anteriormente descritas como a primeira peça de metal 11, a segunda peça de metal 12, composição depressora de fusão 14, o ponto de contato 16, a junção 25, etc., ou seja, todas as entidades anteriormente descritas podem incorporar as características respectivamente relacionadas descritas em conexão com os experimentos e os exemplos abaixo. Na sequência a composição depressora de fusão é dita como uma mistura. Peça de metal pode ser dita como metal de origem.
[00053] A Figura 13 mostra uma placa 150, que é usada para exemplificar como duas peças de metal podem ser unidas. A placa 150 é uma placa prensada circular, que é de 42 mm de diâmetro, tem uma espessura de 0,4 mm e é feita de aço inoxidável tipo 316L (tipo de aço SAE). A placa prensada 150 tem duas vigas pressionadas v e h, cada uma de cerca de 20 mm de comprimento. Viga v significa viga esquerda e viga h significa faixa direito. O v e h são usados nos exemplos 5 e 9 abaixo.
[00054] A Figura 14 mostra uma seção transversal de uma junção entre uma placa 150 do tipo mostrado na Figura 13 e uma placa plana. No ponto de contato entre as vigas da placa 150 e a placa plana uma junção é criada. Para estimar a quantidade de metal que forma a junção as seguintes aproximações e os cálculos foram feitos.
[00055] Foi estimado que o volume no centro da junção é negligenciável. Por conseguinte, o volume de metal criado por junções sobre / 42 uma largura como largura B (no exemplo 1,21 milímetros ou menos), é definido para zero. Nos lados exteriores da viga v, que tem uma distância de (X-B)/2, metal foi acumulado. Quando mistura (composição depressora de fusão) é aplicada sobre a placa plana, as placas são mantidas juntas e camadas de superfícies aquecidas das placas fundem e metal na forma fundida é transportado por ação de capilaridade à área da junção de zonas vizinhas, formando, assim, os volumes de metal que constituem a junção.
[00056] É possível calcular uma área por meio da estimativa de que dois triângulos são formados em cada lado do centro da junção. O ângulo α no triângulo é medido a 28°. A largura medida total é X e a largura ao centro é B. A área total A dos dois triângulos são, portanto, A = 2 · (((X - B) /2) · ((X B) /2) • tan (a) ) /2. Ao medir B a 1,21 mm, então A = 2 • (((X - 1,21) /2) · ((X - 1,21) /2) · tan (28)) /2. O volume total criado de liga de brasagem, que fluiu para as fendas para formar a junção, seria a área vezes o comprimento das duas vigas v, h. Alguma da liga de brasagem formada não flui para as fendas e é deixada sobre a superfície onde a mistura foi aplicada.
[00057] A Figura 15 é um diagrama que mostra a largura medida como uma função da quantidade aplicada de diferentes formas de realização da mistura (g/3500mm2, isto é, gramas por 3500 mm quadrados) com as linhas de tendência. Os resultados dos testes são apresentados na tabela 8 e 9 (ver Exemplo 5 abaixo) e na Figura 15. As linhas de tendência de Figura 3 são bases sobre a função Y = K · X + L, em que Y é a área, K é a inclinação da linha, X é a quantidade aplicada de mistura e L é uma constante. Os resultados das larguras medidas e as áreas estimadas encontram-se ilustrados na Figura 15. As quantidades de mistura, ver as tabelas 8 e 9, foram de 0,06 g/3500mm2 a 0,96 g/3500mm2, que correspondem a cerca de 0.017 mg/mm2 a 0,274 mg/mm2.
[00058] A linha de tendência Y = K · X + L para a mistura foi medida, em que Y é a largura da junção, K é a inclinação da linha, X é a quantidade / 42 aplicada de mistura e L é uma constante, ver superfície 15 da Figura 3. Assim, a largura da junção da brasagem é:
Y (largura para A3.3) = 1,554 + 9,922 · (quantidade aplicada de mistura A3.3)
Y (largura para B2) = 0,626 + 10,807 • (quantidade aplicada de mistura B2)
Y (largura para C1) = 0,537 + 8,342 • (quantidade aplicada de mistura C1)
Y (largura para F0) = 0,632 + 7,456 • (quantidade aplicada de mistura F0) [00059] Como pode ser observado a partir da Figura 15 combina A3.3 de misturas A3.3, B2, C1, D0,5, E0,3 e F0 dá a maior quantidade de liga de brasagem na junção em função da quantidade aplicada de mistura. Amostra F0 não deu quaisquer junções substanciais abaixo de 0,20 grama por 3500 mm2.
[00060] Figura 16 mostra um outro diagrama em que a área cheia calculada de junção da brasagem com base na largura medida como uma função da quantidade de mistura aplicada (grama/3500mm2) com linhas de tendência é traçada. A linha de tendência Y = K • X-L para a mistura foram medidas, em que Y é a área, K é a inclinação da linha, X é a quantidade aplicada de mistura e L é uma constante, ver Figura 16. Para Figura. 16, a área de junção de brasagem é:
Y (área para A3.3) = 4,361 • (quantidade aplicada de mistura A3.3)
- 0,161
Y (área para B2) = 3,372 • (quantidade aplicada de mistura B2) 0.318
Y (área para C1) = 2,549 • (quantidade aplicada de mistura C1) 0,321
Y (área para F0) = 0,569 • (quantidade aplicada de mistura F0) 22 / 42
0,093 [00061] Uma estimativa do volume criado com base no diagrama na Figura 16 para, por exemplo, uma quantidade de 0,18 grama por 3.500 mm2, excluindo amostra F0, devido a não junções de brasagem e amostra D0,5 devido a muito poucos dados, dá um valor para as amostras para o volume criado de liga de brasagem na junção entre as placas, ver o seguinte:
Volume (A3.3) = 0,63 · comprimento 40 (20 · 2) = 25,2 mm3 Volume (B2) = 0,30 • comprimento 40 (20 • 2) = 12,0 mm3 Volume (C1) = 0,12 • comprimento 40 (20 • 2) = 4,8 mm3 Volume (E0.3) = 0,1 • comprimento 40 (20 • 2) = 4,0 mm3 [00062] A Figura 17 mostra um outro diagrama em que a % (por cento) é a taxa de sucesso das experiências de tração em que a junção era mais forte ou o mesmo que o material de placa como uma função da quantidade da mistura, isto é, gramas por 3500 mm2. Quando a placa foi mais forte do que a junção, resultando na ruptura da junção, o resultado foi ajustado para zero. Para as amostras que a junção eram mais fortes do que o material de placa a diferença no resultado não era estatisticamente significativa.
[00063] A Figura 18 mostra um outro exemplo de junção, por formação de junções por meio de uma mistura. A figura mostra que há uma junção formada entre as duas placas. A amostra é a partir do Exemplo 10. Exemplos [00064] Nos exemplos que se seguem são apresentados mais detalhes para ilustrar a invenção.
[00065] Os testes nestes exemplos foram realizados para investigar se o silício, Si, foi capaz de criar uma liga de brasagem em que o silício foi aplicado sobre a superfície de uma amostra de teste de metal de origem (isto é, numa peça de metal). Além disso, diferentes quantidades de boro, B, foram adicionadas para diminuir o ponto de fusão para a liga de brasagem. O boro é também usado para alterar o comportamento de molhagem da liga de / 42 brasagem. Propriedades das misturas testadas foram também investigadas. Nos exemplos % é por cento em peso, e atm % é por cento dos átomos. Aqui, liga de brasagem é dito como a liga formada quando o silício e boro provocam uma peça, ou da camada de, do metal de origem (peça de metal), para fundir. A liga de brasagem compreende, assim, os elementos de mistura e de metal do metal de origem.
[00066] Se nada mais for mencionado as amostras de teste de metal de origem para todos os testes foram limpas por lavagem do prato com acetona antes das amostras das misturas de silício e boro serem adicionadas às amostras de teste.
Exemplo 1 [00067] Exemplo 1 refere-se à preparação de amostras de misturas de silício e boro para ser testado. Amostra de mistura No. C1 foi preparada pela mistura de 118,0 gramas de pó de silício cristalino do tamanho de partícula de malha 325, 99,5% (base de metal) 7440-21-3 da Alfa Aesar Johnsson Matthey Company, com 13,06 gramas de pó de boro cristalino de tamanho de partículas de malha 325, 98% (base de metal) 7440-42-8 de Alfa AesarJohnsson Matthey Company e 77,0 gramas de ligante Nicorobraz S-30 de Wall Colmonoy em um Varimixer BEAR de Busch & Holm produzindo 208 gramas de pasta, ver amostra C1. Todas as amostras de teste foram preparadas seguindo o mesmo procedimento como amostra da mistura C1. As amostras encontram-se sumarizadas na Tabela 2. A mistura preparada corresponde à composição depressora de fusão anteriormente discutida. O boro e o silício na mistura corresponde ao componente depressor de fusão da composição depressora de fusão e o ligante na mistura corresponde ao componente ligante da composição depressora de fusão.
/ 42
Amostra da mistura No. Boro [grama] Silício [grama] S-Ligante S-30 [grama] Peso total [grama]
FO 0,00 124,7 73,3 198
E0.3 4,30 123,9 72,1 200
D0.5 6,41 121,2 75,0 203
C1 13,06 118,0 77,0 208
82 24,88 104,5 72,81 202
A3.3 11,46 22,9 19,3 54,0
Tabela 2 [00068] Amostras G15, H100, 166 e J foram preparadas do mesmo modo que as amostras F0, E0.3, D0,5, C1, B2 e A3.3 com a diferença de que foi usado um outro ligante. O ligante foi o ligante Nicorobraz S-20 de Wall
Colmonoy. Estas amostras de teste estão sumarizadas na Tabela 3.
Amostra da mistura No. Boro [grama] Silício[grama] Ligante S-20 [grama] Peso Total [grama]
G15 0,37 2,24 3,01 5,7
H100 4,19 0 5,3 9,5
166 1,80 2,70 5,5 10,0
J 2,03 2,02 5,0 9,0
Tabela 3 [00069] Para os cálculos das amostras da mistura foram feitos para mostrar a relação de, por cento em peso e por cento em átomos, como mostrado na Tabela 4.
Amostra da mistura No. Relação [p:p] Quant. [% p] Quant. [% átomos]
Boro Silício Boro Silício Boro Silício
F0 0 100 0 100 0 100
E0.3 3 100 3 97 8 92
D0.5 5 100 5 95 12 88
C1 10 100 9 91 21 79
82 19 100 16 84 33 67
A3.3 33 100 25 75 46 544
G15 17 100 14 86 30 70
H100 100 0 100 0 100 0
I66 66 100 40 60 63 37
J 100 100 50 50 72 28
Tabela 4
Ligante [00070] O teor de ligante (polímero e solvente) no ligante S-20 e S-30 foi medido. Em seguida, o teor de material seco dentro dos géis foi testado. As amostras de ligante S-20 e S-ligante 30 foram pesadas e em seguida colocado num forno por 18 horas a 98°C. Depois as amostras foram retiradas do forno e foram novamente pesadas e os resultados são apresentados na
Tabela 5.
/ 42
Ligante Antes[grama] Depois[grama] Proporção polimérica [% em peso]
S-20 199,64 2,88 1,44
S-30 108,38 2,68 2,47
Tabela 5 Exemplo 2 [00071] Exemplo 2 com relação aos testes de brasagem, ou seja, testes, onde as amostras de mistura foram dispostas em peças de metal (peças de teste ou placas de teste). As peças de metal tinham a forma de peças circulares com um diâmetro de 83 milímetros e espessura de 0,8 mm e as peças de metal eram feitas de aço inoxidável tipo 316L. Duas quantidades diferentes de mistura foram utilizadas: 0,2 g e 0,4 g. A mistura foi aplicada sobre a peça de metal. Todas as amostras foram brasadas em um forno a vácuo convencional a 1210 °C durante 1 hora. Testes em dobro foram executados. Ou seja, duas quantidades de mistura, amostras em dobro e seis diferentes misturas, 2 · 2 · 6 = 24 amostras. As misturas testadas são: F0, E0.3, D0.5, C1, B2 e A3.3. As misturas foram aplicadas sobre uma área circular da peça de metal, com um diâmetro de cerca de 10 a 14 mm, ou seja, uma superfície de 78 a 154 mm2. Esta aproximadamente 1,3 a_5,1 mg de mistura foi aplicada por mm2.
[00072] Foi observado que o metal das peças de metal tinha fundido, ou seja, fundidos foram criados. Também foi observado que os fundidos em alguns aspectos apareceram como uma liga de brasagem com o fluxo. Sem medir o tamanho do molhagem pareceu que uma quantidade aumentada de boro nas misturas resultou em uma melhor molhagem. No entanto foi verificado ainda que, para várias amostras a espessura total da peça de metal tinha fundido de modo que um furo foi criado no meio da peça de metal. Para as amostras de 0,2 gramas cinco dos doze corpos de prova tinha furos, e para as peças de 0,4 gramas dez dos doze tinham furos. Outros testes mostraram que, para evitar furos, pode ser adequado aplicar uma média de 0,02 a 0,12 mg de boro e silício por mm2 quando a peça de metal tem uma espessura de 0,3 a 0,6 mm. Quando a peça de metal tem uma espessura de 0,6 / 42 a 1,0 milímetros 0,02 a 1,0 mg de boro e silício por mm2 pode ser adequado. Mesmo mais adequado quantidades podem ser determinadas empiricamente. Exemplo 3 [00073] Exemplo 3 refere-se à aplicação da mistura sobre uma superfície. Neste Exemplo foram preparadas placas de teste (peças de metal) para testes de filete, testes de corrosão e de testes de tração, ao mesmo tempo. A partir do Exemplo 2, foi concluído que poderia ser um risco aplicar as misturas de silício e boro em pontos ou linhas em placas de paredes finas, pois isso pode criar furos nas placas. Portanto, novas amostras de teste, ou seja, placas de teste, foram utilizadas para a aplicação de diferentes misturas de Si e B para os testes de filete, testes de corrosão, e os testes de tração. [00074] As novas amostras de teste foram feitas de placas de aço inoxidável tipo 316L. Os tamanhos das placas foram de 100 mm de largura, 180 a 200 mm de comprimento e as espessuras eram de 0,4 mm. Todas as placas foram limpas por lavagem de prato com acetona antes da aplicação das amostras das misturas de Si e B. O peso foi medido. Em cada placa uma peça medida como sendo de 35 mm a partir do lado mais curto foi mascarada. [00075] As diferentes misturas de teste A3.3, B2, C1, D0.5, E0.3, F0, G15, H100, e 166 foram utilizadas. As placas de teste foram pintadas (usando uma escova convencional) com as misturas em uma área de superfície não mascarada da placa, em que a área de superfície tinha o tamanho de 100 mm x 35 mm. O ligante era S-30. Depois de secar durante mais de 12 horas em temperatura ambiente, a fita adesiva foi removida e o peso da placa foi medido para cada uma das placas. O peso apresentado na Tabela 6 abaixo é o peso da quantidade total das misturas na área de 100 mm x 35 mm = 3500mm2 = 35 cm2. O exemplo mostra que a mistura é facilmente aplicada sobre as superfícies de metal.
/ 42
Amostra da mistura No. RelaçãoB: Si[p:p] Peso da mistura + ligante seco[grama] Peso da mistura Si+ BSem ligante [grama] Peso da mistura por área[mg/cm2]
A3.3 33: 100 0,0983 0,0959 2,74
82 19: 100 0,0989 0,0965 2,76
C1 1o : 100 0,1309 0,1277 3,65
00.5 5: 100 0,1196 0,1166 3,33
E0.3 3: 100 0,0995 0,0970 2,77
H100 100: 0 0,1100 0,1073 3,07
166 66: 100 0,0900 0,0878 2,51
Tabela 6
Exemplo 4 [00076] Exemplo 4 refere-se a testes de corrosão de dobragem. A partir de fatias de placas de teste foram cortadas com largura de 35 mm, o que significa que tem uma área de superfície aplicada de 35 mm x 35 mm. Para esta área de superfície uma placa prensada circular foi colocada (ver Figura 13) em que placa prensada tinha um tamanho de 42 mm de diâmetro e 0,4 mm de espessura, feitas de aço inoxidável tipo 316L. As amostras de teste foram aquecidas (brasada) por 1 hora a 1210°C. As placas testadas para os testes de corrosão aplicou amostras da mistura A3.3, 82, C1, D0.5, E0.3, H100, 166 e J, ver a Tabela 4.
[00077] As amostras foram testadas de acordo com o método de teste de corrosão ASTM A262, Práticas padrão para a detecção da susceptibilidade ao ataque intergranular em Aços Inoxidáveis Austeníticos. A prática E- Cobre-Sulfato de Cobre - Ácido sulfúrico. Teste para detecção da susceptibilidade ao ataque intergranular em Aços Inoxidáveis Austeníticos foi selecionada a partir do método de teste. A razão para a escolha destes testes de corrosão foi que existe um risco de que o boro possa reagir com cromo no aço para criar boretos de cromo, principalmente em os limites dos grãos, e em seguida, aumentar o risco de ataques de corrosão intergranular, o que no padrão é dito quando a prática foi utilizada, em ebulição 16% de ácido sulfúrico em conjunto com sulfato de cobre em 20 horas e em seguida um teste de dobragem, de acordo com o capítulo 30 no padrão.
[00078] A seguir discutimos os resultados a partir do teste de corrosão / 42 dobragem e corte das amostras para teste. As peças de teste foram dobradas testadas de acordo com o método de teste de corrosão no capítulo 30.1 do padrão. Nenhuma das amostras deu indicações de ataque intergranular na investigação ocular das superfícies dobradas. Depois da investigação de ASTM das amostras de teste dobradas foram cortadas, moídas e controladas e a seção transversal foi estudada em microscópio óptico de luz em EDS, ou seja, Espectroscopia de Energia Dispersiva. Os resultados estão resumidos na Tabela 7.
Amostra No. Investigação ocular da superfície para corrosão fissura quando dobrado de acordo com o teste ASTM Resultados da investigação metalúrgica das amostras de corrosão direcionadas transversalmente e amostras de teste testadas dobradas. Resultado SEM-EDS de fase fissurada
A3.3 Sem fissuras Sem corrosãoUma camada de superfície de ap. max. 8 μηι com umas poucas fissuras. A fase que fissurou tinha teor alto de Cr e B, mais provavelmente uma fase de boreto de cromo.
82 Sem fissuras Sem corrosãoUma camada de superfície de ap. max. 8 μm com umas poucas fissuras. A fase que fissurou tinha teor alto de Cr e B, mais provavelmente uma fase de boreto de cromo.
C1 Sem fissuras Sem corrosão ou fissuras
00.5 Sem fissuras Sem corrosão ou fissuras
E0.3 Sem fissuras Sem corrosãoUma camada de superfície de ap. max. 60 μm com umas poucas fissuras. A fase que fissurou tinha teor alto de Si geralmente <5% em peso
H100 Sem fissuras Superfície corroída e junção
166 Sem fissuras Sem corrosãoUma camada de superfície de ap. max. 12 μm com umas poucas fissuras. A fase que fissurou tinha teor alto de Cr e B, mais provavelmente uma fase de boreto de cromo.
J Sem fissuras Sem corrosãoUma camada de superfície de ap. max. 20 μm com umas poucas fissuras. A fase que fissurou tinha teor alto de Cr e B, mais provavelmente uma fase de boreto de cromo.
Tabela 7 [00079] Aparentemente, quando a adição de grandes quantidades de boro, como, por exemplo H100, J, 166, uma fase frágil foi formada sobre a superfície, muito provavelmente, uma fase de boreto de cromo, aumentando com a quantidade de boro. A fase frágil não foi vista na amostra de H100, mais provavelmente devido à corrosão na superfície. Também a quantidade de boretos aumentou com a quantidade de boro, o que significa que tem de ser levado em consideração que as propriedades de corrosão podem diminuir quando da adição de grandes quantidades de boro, como, para a amostra H100 que foi atacada no teste de corrosão. Este efeito negativo com boro pode ser diminuído através da utilização de metais de origem mais espessos e/ou tempos de difusão mais longos (tempo utilizado para permitir a junção se / 42 formar). É então possível diluir boro no metal de origem. Também para a quantidade normal de boro como para A3.3 e B2 foi formada uma camada de superfície mais fina frágil. Foi observado que, para a baixa quantidade de boro no amostras, amostra E0.3, uma camada de superfície frágil bastante espessa, com um elevado teor de silício em geral >5% em peso de silício, foi formado com uma característica diferente do que para as superfícies frágeis para A3.3, B2, H100, 166 e J. O efeito negativo com silício pode ser diminuído através da utilização de metais de origem mais espessos e/ou tempos de difusão mais longos. É então possível diluir silício no metal de origem.
Exemplo 5 [00080] Exemplo 5 diz respeito a testes de filetes de algumas amostras. A partir de amostras de teste feitas de acordo com o Exemplo 3, as fatias das placas foram cortadas com a largura de 35 mm, ou seja, uma superfície de aplicação de 35 mm x 35 mm. Sobre esta superfície uma placa circular pressionada foi colocada, ver Figura 13, de 42 mm de diâmetro e 0,4 mm de espessura, feitas de aço inoxidável tipo 316L. A placa pressionada tinga duas vigas prensadas, cada uma de cerca de 20 mm de comprimento. As amostras foram brasadas em cerca de 1 hora a cerca de 1200°C.
[00081] Os resultados do teste de filete mostram que havia quantidades de liga de brasagem na área de junção criada entre uma área de superfície plana (na qual a mistura foi aplicada), e uma viga pressionada da amostra de teste mostrado na Figura 13 A quantidade de liga brasada foi calculada por uma aproximação, ver Figura 14, calculando-se uma área por meio da estimativa de que dois triângulos são formados em cada lado do centro da junção. Na peça central não há ou muito pequenas quantidades de liga de brasagem adicional formada. Os dois triângulos podem ser medidos através da medição da altura (h) e a base (b), a área total dos dois triângulos são soma até (h) · (b) uma vez que existem dois triângulos. O problema com este / 42 cálculo é que a altura é difícil de medir. Por isso, usamos a seguinte equação para o cálculo das duas áreas do triângulo:
A = ((X B) / 2) · ((X B) / 2) · tan α [00082] A é a área total dos dois triângulos, X é a largura total da junção formada, B é a peça da junção formada, quando o volume da liga de brasagem formada no centro da junção é negligenciável. Assim, a base de cada triângulo é (X - B) / 2. A altura é calculada através da medição do ângulo a, que é o ângulo entre as tangentes da viga pressionada para a base. [00083] Para calcular o volume da liga de brasagem formada que tinha fluído para as fendas um comprimento de respectivas duas vigas em contato com a superfície medida foi medido a 20 mm. O comprimento total das vigas foi multiplicado com a área total.
[00084] A área de dois triângulos é a área estimada após brasagem nas Tabelas 8 e 9. O volume é o volume da liga de brasagem formada sobre uma das vigas. Os resultados do teste do filete são mostrados na tabela 8 e 9, e na Figura 15. Na Tabela 8 e na Tabela 9 v e h representam v = viga esquerda e h = viga direita.
Amostra da mistura No. Ligante aplicado Si+ B[grama] Largura [mm] Área estimada após brasagem [mm2] Volume [mm3]
A3.3x-1v 0,06 2,69 0,29 5,8
A3.3x-1 h 0,06 2,58 0,25 5,0
A3.3-1v 0,10 2,23 0,14 2,8
A3.3-1 h 0,10 2,31 0,16 3,2
A3.3-2v 0,14 3,38 0,63 12,6
A3.3-2h 0,14 3,19 0,52 10.4
A3.3-3v 0,09 1,92 0,07 1,4
A3.3-3h 0,09 1,85 0,05 1,0
B2X-1v 0,18 2,12 0,11 2,2
B2X-1 h 0.18 2,50 0,22 4,4
B2X-2v 0,15 2,31 0,16 3,2
B2X-2h 0,15 2,31 0,16 3,2
B2-1v 0,10 1,96 0,07 1,4
82-1 h 0,10 1,92 0,07 1,4
B2-2v 0,24 3,23 0,54 10,8
B2-2h 0,24 3,23 0,54 10,8
B2-3v 0,16 2,77 0,32 6,4
B2-3h 0,16 2,69 0,29 5,8
B4v 0,11 1,35 0,00 0
B4h 0,11 1,35 0,00 0
Tabela 8 (medido valorizado para o teste de filete, amostras A3.3- B2 / B4) / 42
Amostra damistura No. Ligante aplicado Si+ B[grama] Largura[mm] Área estimada após brasagem[mm2] Volume[mm3]
C1X-1v 0,22 2,50 0,22 4,4
C1X-1h 0,22 2,69 0,29 5,8
C1X-2v 0,33 3,08 0,46 9,2
C1X-2h 0,33 3,27 0,56 11,2
C1-1v 0,13 1,46 0,01 0,2
C1-1 h 0,13 1,46 0,01 0,2
C1-2v 0,15 1,96 0,07 1,4
C1-2h 0,15 2,08 0,10 2,0
C1-3v 0,14 1,54 0,01 0,2
C1-3h 0,14 1,62 0,02 0,4
D0.5-1v 0,19 2,54 0,23 4,6
00.5-1 h 0,19 2,50 0,22 4,4
D0.5-2v 0,12 1,08 0,00 o
D0.5-2h 0,12 1,08 0,00 o
D0.5-3v 0,14 2,04 0,09 1,8
D0.5-3h 0,14 2,04 0.09 1.8
E0.3-1v 0,13 1,15 0,00 o
E0.3-1 h 0,13 1,15 ,00 o
E0.3-2v 0,21 2,31 0,16 3,2
E0.3-2h 0,21 2.31 0.16 3,2
E0.3-3v 0,10 1,35 0,00 0
E0.3-3h 0,10 1,35 0,00 0
F0-1h 0,45 2,69 0,29 5,8
F0-2v 0,25 1,08 0,00 0
F0-2h 0,25 1,35 0,00 0
F0-3v 0,96 2,96 0,41 8,2
F0-3h 0,96 3,08 0,46 9,2
Tabela 9 (medido valorizado para o teste de filete de amostras C1 a F0) [00085] Os resultados das larguras medidas e as áreas calculadas são apresentados nas Tabelas 8 e 9, e ilustrado no diagrama da Figura 15. As quantidades aplicadas, ver Tabelas 8 e 9, foram de 0,06 grama / 3500 mm2 a 0,96 gramas / 3500 mm2, que corresponde a desde cerca de 0,017 mg/m2 a 0,274 mg/mm2.
[00086] As linhas de tendência Y = K · X + L para as misturas foram medidas, onde Y é a largura da junção, K é a inclinação da linha, X é a quantidade aplicada de mistura e L é uma constante, ver Figura 15. Assim, a largura da junção de brasagem é:
Y (largura para A3.3) = 1,554 + 9,922 • (quantidade aplicada de mistura A3.3)
Y (largura para B2) = 0,626 + 10,807 • (quantidade aplicada de mistura B2)
Y (largura para C1) = 0,537 + 8,342 • (quantidade aplicada de mistura C1) / 42
Y (largura para FO) = 0,632 + 7,456 · (quantidade aplicada de mistura FO) [00087] Como pode ser observado a partir do diagrama as misturas A3.3 A3.3, B2, C1, D0,5, E0.3 e F0 dão a maior quantidade de liga de brasagem na junção em função da quantidade aplicada de mistura. Amostra F0 não deu quaisquer junções substanciais abaixo de 0,20 grama por 3500 mm2.
[00088] As linhas de tendência Y = K • X - L para as misturas foram medidas, Y é a área, K é a inclinação da linha, X é a quantidade aplicada de mistura e L é uma constante, ver Figura 16.
Y (área para A3.3) = 4,361 • (quantidade aplicada de mistura A3.3)
- 0,161
Y (área para B2) = 3,372 • (quantidade aplicada de mistura B2) 0,318
Y (área para C1) = 2,549 • (quantidade aplicada de mistura C1) 0,321
Y (área para F0) = 0,569 • (quantidade aplicada de mistura FO) 0,093 [00089] Uma estimativa sobre o volume criado com base no diagrama na Figura 16 para, por exemplo, uma quantidade de 0,18 gramas por 3.500 mm2, excluindo a amostra F0, devido a nenhumas junções de brasagem e amostra D0,5 devido a muito poucos dados, dá um valor para as amostras para volume criado de liga de brasagem na junção entre as duas vigas, ver abaixo.
Volume (A3.3) = 0,63 • comprimento 40 (20 • 2) = 25,2 mm3 Volume (B2) = 0,30 • comprimento 40 (20 • 2) = 12,0 mm3 Volume (C1) = 0,12 • comprimento 40 (20 • 2) = 4,8 mm3 Volume (E0.3) = 0.10 • comprimento • 40 (20 • 2) = 4,0 mm3 [00090] Além disso, as misturas com maior proporção de boro foram / 42 testadas, por exemplo, amostra G15, H100, 166 e J. As amostras testadas trabalharam bastante quase semelhante ao misturar A3.3 e B2 em relação ao volume de liga de brasagem criado. No entanto, a seção transversal metalúrgica das amostras brasadas mostrou que a quantidade de boretos foi maior e para a amostra H100, ou seja, de boro puro, também fases quebradiças alta de cromo foram encontradas sobre a superfície onde a mistura anterior foi aplicada. As fases duras eram mais provavelmente boretos de cromo, o que diminui o teor de cromo no material circundante, diminuindo a resistência à corrosão. Isso pode ser um problema quando boa resistência à corrosão é desejada, mas não é um problema para ambientes não corrosivos. O efeito de boro pode ser diminuído alterando o tratamento de calor e ou utilizando um metal de origem mais espesso que pode absorver uma maior quantidade de boro. Por um material mais espesso > 1 milímetro este efeito na superfície será também menos graves já que a proporção do volume da superfície em comparação com o volume do metal de origem é muito menos do que para um material fino <1mm ou <0,5 mm. Os boretos de cromo podem ser uma vantagem se melhor resistência ao desgaste é desejado. A investigação metalúrgica também mostrou que para a amostra F0, ou seja, de silício puro, uma fase contendo silício quebradiço espesso foi encontrada, com uma espessura de >50% da espessura da placa para algumas áreas da amostra investigada. A fase semelhante também foi verificada na junção. Fissuras foram encontradas nesta fase, com um comprimento de >30% da espessura da placa. Tais fendas irão diminuir o desempenho mecânico do produto da junção e pode ser início de pontos de corrosão e ou rachaduras de fadiga. A dureza média medida da fase foi mais de 400Hv (Vickers). Esta fase quebradiça é provavelmente pode ser mais difícil de reduzir, em comparação com a fase de boreto usando metal de origem mais espesso ou uma mudança no tratamento térmico. Ainda metal de origem mais espesso este efeito pode ser menos severo.
/ 42
Exemplo 6 [00091] Exemplo 6 diz respeito a testes de tração das junções. Em seguida, as placas de teste correspondentes às utilizadas no Exemplo 3 foram cortados em fatias. O tamanho das amostras cortadas era de aproximadamente 10 mm de largura, 180 a 200 mm de comprimento e tem uma espessura de 0,4 mm. A área aplicada para cada fatia era então 10 milímetros vezes 35 milímetros = 350mm2. Na área aplicada de uma peça mais espessa, 4 mm de aço inoxidável tipo 316L foi colocada cobrindo 30 milímetros do total de 35 milímetros da superfície aplicada. A peça mais espessa foi colocada na extremidade da fatia deixando 5 mm da superfície aplicada não coberta pela placa espessa. Ao fazer isso uma diminuição da resistência do material da placa devido a mistura aplicada seria detectada, quando testes de tração, se a junção é mais forte do que a placa. A placa mais espessa era também mais ampla do que as fatias de 10 mm. As amostras de teste foram brasadas (aquecidas) a cerca de 1200°C durante aproximadamente 1 hora.
[00092] Depois de se aquecer a peça espessa foi montada horizontalmente numa máquina de teste de tração. A fatia foi firmemente dobrada para 90 ° para a direção vertical. As amostras foram montadas de modo que pudessem mover-se na direção horizontal. As amostras foram então carregadas e a junção foi dividida.
[00093] Quando a placa é mais forte do que a junção, de modo que a junção foi dividida, o resultado foi ajustado para zero. Para as amostras que a junção eram mais fortes do que o material da placa a diferença entre os resultados não foi estatisticamente significativo. Os resultados são apresentados como percentagem (%) das amostras testadas, onde a junção eram mais forte do que ou igual ao da placa como uma função da quantidade aplicada, o que significa que a junção não foi dividida quando testada. Os resultados estão sumarizados na Tabela 10 e no diagrama da Figura 17.
/ 42
Mistura de Si+ B[grama] Mistura A3.3-1 Taxa de sucesso[%] Mistura B2-1 Taxa de sucesso[%] Mistura C1-1 Taxa de sucesso[%] Mistura D0.5-1Taxa de sucesso [%]
0,0600 100
0,0910 100
0,0989 83
0,1092 100
0,1196 0
0,1309 50
0,1399 100
0,1402 50
0,1428
0,1500 100 0
0,1548 67
0,1558 100
0,1800 100
0,1850 50
0,2200 100
0,2417 100
0,3000 100
0,3300 100
Tabela 10
Exemplo 7 [00094] Para estabelecer a relação entre a quantidade aplicada de mistura e o risco para a criação de furos nas placas, foram realizados novos testes. Para todos testes da mistura B2, ver Tabela 6, foi utilizado. Mistura B2 também compreende ligante S-30. As peças de teste que foram testados eram circulares com uma espessura de 0,8 mm e com um diâmetro de 83 mm. O metal de origem em placas de teste era de aço inoxidável do tipo 316. Para todas amostras a mistura foi aplicada no centro da amostra de teste. A área de aplicação foi de 28 mm2, isto é, ponto circular que tem um diâmetro de 6 mm. As amostras de teste foram pesadas antes e depois da aplicação, e os resultados estão resumidos na Tabela 11. Em seguida, as amostras de ensaio foram colocadas num forno à temperatura ambiente durante 12 horas. As amostras foram pesadas novamente.
[00095] As amostras de teste foram todas colocadas num forno e foram aquecidas (também dita como brasada) a 1210°C durante aproximadamente 1 hora. Durante a brasagem apenas as arestas exteriores de cada uma das amostras estava em contato com o material de fixação, mantendo a superfície inferior do centro da placa livre de contatos é que qualquer material durante a brasagem forte. A razão para manter a superfície inferior do centro da placa / 42 livre de contatos é que um colapso ou uma queima através da força pode ser evitada se o material central é suportado a partir de baixo pelo material de fixação.
[00096] Quantidade aplicada e queimada através de resultados para as amostras de 0,8 milímetros são sumarizados na Tabela 11.
Amostra N° Mistura de Si + B e aglutinante úmido S-30 adicional (grama) Mistura de Si + B e aglutinante S-30 úmido adicional (mg/mm2) Mistura de Si + B e aglutinante S-30 seco adicional (mg/mm2) Quantidade calculada de Mistura de Si + B sem aglutinante (mg/mm2) Queimado através [1] ou [0]
1 0,020 0,714 0,464 0,453 0
2 0,010 0,357 0,232 0,226 0
3 0,040 1,429 0,928 0,905 0
4 0,030 1,0714 0,696 0,679 0
5 0,050 1,786 1,161 1,132 0
6 0,060 2,143 1,393 1,359 0
7 0,070 2,500 1,625 1,585 0
8 0,080 2,957 1,857 1,811 0
9 0,090 3,214 2,089 2,037 0
10 0,100 3,571 2,321 2,264 0
11 0,110 3,928 2,554 2,491 1
12 0,120 4,285 2,786 2,717 1
13 0,130 4,642 3,018 2,943 1
14 0,150 5,357 3,482 3,396 1
15 0,170 6,071 3,946 3,849 1
16 0,190 6,786 4,411 4,349 1
17 0,210 7,500 4,875 4,755 1
18 0,230 8,214 5,339 5,207 1
19 0,280 10000 6,500 6,339 1
20 0,290 10357 6,732 6,566 1
Tabela 11 [00097] Os testes mostram que existe uma queima (furo) através de entre a amostra 10 e 11 para uma placa com uma espessura de 0,8 mm. Amostra 10 tem 2,264 mg/mm2 de quantidade aplicada de mistura e amostra 11 tem 2,491 mg/mm2. Para juntar as placas com espessura inferior a 1 mm, existe um risco com uma quantidade dentro do intervalo de cerca de 2,830 mg/mm2 e cerca de 3,114 mg/mm2 para a queima através das placas, a quantidade no meio desta faixa é 2,972 mg/mm2. Portanto, para uma placa com uma espessura de menos de 1 mm, uma quantidade inferior a 2,9 mg/mm2 seria adequado para evitar a queima através da placa.
Exemplo 8 [00098] No Exemplo 8 a junção da brasagem entre duas placas de troca de calor pressionadas são feitas de três maneiras diferentes. A espessura das / 42 placas do trocador de calor são de 0,4 mm.
[00099] Na primeira e segunda amostras de teste foi usado um agente de enchimento de brasagem à base de ferro, com uma composição próximo de aço inoxidável do tipo 316. Ver WO 2002/38327 para o material de enchimento de brasagem. O material de enchimento de brasagem teve um aumento da quantidade de silício até cerca de 10% em peso, uma quantidade de boro a cerca de 0,5% em peso e uma diminuição da quantidade de Fe de cerca de 10,5% em peso. Na primeira amostra de teste, o material de enchimento de brasagem foi aplicado em linhas e no segundo teste de amostra do material de enchimento de brasagem foi aplicada uniformemente sobre a superfície. Em ambos os casos, o material de enchimento foi aplicado após a prensagem.
[000100] Amostra de teste de brasagem 1 mostrou que o enchimento de brasagem aplicado em linhas foi estirado para as junções de brasagem. Algum do material de enchimento de brasagem não flui para a junção por brasagem e, por conseguinte, aumentou a espessura local na linha aplicada. Para a amostra de teste 2, o material de enchimento de brasagem fluiu para as junções de brasagem, no entanto, algum material de enchimento de brasagem permaneceu na superfície e aumentou a espessura. Nas amostras de teste 1 e 2, a quantidade de material de enchimento de brasagem corresponde a uma quantidade de cerca de 15% em peso do material de placa.
[000101] Na amostra de teste 3 a mistura A3.3 foi utilizada, ver Tabela 6 A mistura foi aplicada antes de pressionar de maneira uniforme sobre a placa. A mistura foi aplicada numa quantidade que criaria junção de brasagem com tamanhos semelhantes ao das amostras de teste 1 e 2.
[000102] A amostra de teste 3 foi aplicada com uma camada com uma espessura correspondente a um peso de cerca de 1,5% em peso do material de placa. Através da aplicação de uma mistura A3.3 uma liga de brasagem foi formada a partir do metal de origem (peça de metal), e a liga de brasagem / 42 formada flui para as junções de brasagem. Por conseguinte, a espessura da placa diminuiu desde que mais material foi estirado para a junção de brasagem do que a mistura adicionada sobre a superfície.
Exemplo 9 [000103] Exemplo 9 diz respeito testes com diferentes fontes de boro e silício. O objetivo foi investigar fontes alternativas de boro e fontes de silício. Mistura B2, ver a Tabela 6, foi escolhida como referência para os testes. As fontes alternativas foram testadas no que diz respeito à sua capacidade para criar uma junção. Para cada experimento, quer de uma fonte alternativa de boro, ou de uma fonte alternativa de silício foi testado. Ao usar uma fonte alternativa de influência de outro elemento foi considerada igual a zero, o que significa que foi apenas o peso de boro ou silício na componente alternativo que foi medido, ver a Tabela 12. Para a mistura de referência B2, a proporção em peso entre o silício e boro é 10 gramas a 2 gramas somando até 12 gramas. Cada mistura incluiu ligante S-30 e a mistura foi aplicada sobre uma placa de aço de acordo com o Exemplo 1. Todas as amostras foram brasadas num forno à vácuo a 1210° C durante 1 hora.
Amostra Fonte alternativa Quantidade adicionada [Si][grama] Quantidade adicionada [B][grama] Quantidade correspondente [Si][grama] Quantidade correspondente [B][grama]
Si-B Si-B 10,0 2,0 10,0 2,0
S1-B4C B4C 10,0 2,6 10,0 2,0
Si-FeB FeB 10,1 12,5 10,1 2,0
FeSi-B FeSi 30,2 2,0 10,1 2,0
Si-NiB NiB 10,1 13,0 10,1 2,0
Tabela 12 [000104] A linha de tendência Y = K · X + L para mistura B2 foi medida, Y é a largura da junção, K é a inclinação da linha para B2, X é a quantidade aplicada de mistura e L é uma constante para nenhuma quantidade de mistura aplicada B2, ver Figura 15. Assim, a largura da junção brasada Y = 0,626 + 10,807 • (quantidade aplicada de mistura).
[000105] Na Tabela 13 v e h representam v = viga esquerda e h = viga direita como no Exemplo 5.
/ 42
Amostra Quantidade Aplicada [grama] Largura Y calculada da junção[mm2] Largura calculada da junção [mm2]
Si- B4C- v 0,22 3,0 2,69
Si- B4C- h 0,22 3,0 2,88
Si- FeB- v 0,26 3,4 1,73
Si- FeB- h 0,26 3,4 1,73
FeSi- B- v 0,29 3,8 2,1
FeSi- B- h 0,29 3,8 2,1
Si- NiB- v 0,39 4,8 2,69
Si- NiB- h 0,39 4,8 2,88
Tabela 13 [000106] Os resultados na Tabela 13 mostram que é possível a utilização de B4C, NIB e FeB como fontes alternativas ao boro. Quando NiB foi usado se a quantidade criada foi inferior ao boro puro. No entanto, NiB poderia ser usado se um efeito de liga Ni é procurado.
Exemplo 10 [000107] No Exemplo 10 foram testados um grande número de diferentes metais de origem, isto é, metais que podem ser usados para as peças de metal 11 e 12 da Figura 1. Todos os testes, exceto para o aço carbono e uma liga Ni-Cu foram testados de acordo com o teste Y (ver abaixo).
[000108] Para o teste Y duas peças de teste prensadas circulares com uma espessura de aproximadamente 0,8 mm, foram colocadas umas sobre as outras. Cada amostra tinha uma viga circular pressionada. As faces de topo das vigas foram colocadas em direção uma a outra criando uma fenda circular entre as peças. Para cada amostra da mistura B2, que neste exemplo compreende ligante S-20, foi aplicada com um pincel. O peso da quantidade adicionada de mistura não foi medida desde que a aplicação não era homogênea quando se aplica com o pincel. Uma imagem de uma das amostras depois de se unir é apresentada na figura. 18.
[000109] As amostras de aço carbono e as amostras de Ni-Cu foram aplicadas da mesma maneira, mas para o aço carbono de acordo com os testes efetuados teste de filete no exemplo 5 e para o teste de Ni-Cu com duas peças de teste planas. As amostras, exceto para o Ni-Cu foram brasadas em um forno a aproximadamente 1200°C, ou seja, 1210°C, durante 1 hora em / 42 forno de atmosfera de vácuo. A amostra de Ni-Cu foi brasada a aproximadamente 1130°C durante aproximadamente 1h, no mesmo forno de vácuo. Depois de brasagem uma junção foi formada entre as peças para todos testes. Um fluxo de liga de brasagem criado (feito de metal de origem) para a junção foi também observado para todas as amostras testadas.
Os resultados são mostrados na Tabela 14.
Amostra de metal de origem No. Cr [% em peso] Fe [% em peso] Mo [% em peso] Ni [% em peso] Cu [% em peso] Mn [% em peso] Após brasagem criou junção? Após fluido de brasagem liga de brasagem ?
1 - 0,3 - 99 - 0,2 Sim Sim
2 21 0,6 16 62 0,4 - Sim Sim
3 22 0,7 16 59 1,6 - Sim Sim
4 0,6 1,9 29 68 0,2 - Sim Sim
5 21 4,4 13 58 - - Sim Sim
6 19 5,0 9,0 63 0,4 - Sim Sim
7 15 5,5 17 60 - 0,3 Sim Sim
8 1,1 5,6 28 63 0,6 0,4 Sim Sim
9 19 6,2 2,6 70 1,4 0,4 Sim Sim
10 33 32 1,7 33 0,4 0,6 Sim Sim
11 27 33 6,5 32 1,1 1,4 Sim Sim
12 27 36 3,4 32 1,0 1,4 Sim Sim
13 24 44 7,2 23 0,3 1,5 Sim Sim
14 20 48 4,3 25 1,1 1,2 Sim Sim
15 19 50 6,3 25 0,2 - Sim Sim
16 20 54 6,5 19 0,6 0,4 Sim Sim
17 29 64 2,4 3,5 - - Sim Sim
18 28 66 2,2 3,5 - - Sim Sim
19 0,3 1,1 - 66 31 1,6 Sim Sim
20 0,17 99,5 - - - 0,3 Sim Sim
Tabela 14 [000110] Os resultados na Tabela 14 mostram que as ligas de brasagem são formadas entre a mistura e o metal de origem para cada uma das amostras 1 a 20 Os resultados mostram também que as junções foram criadas para cada amostra testada.
[000111] Os exemplos mostram que o boro era necessário para criar uma quantidade substancial de liga de brasagem, que poderia preencher as junções e também criar força nas junções. Os exemplos também mostraram que o boro foi necessário para a microestrutura, uma vez que uma fase frágil espessa foi verificada para as amostras sem boro.
[000112] Do acima exposto que o metal de origem, ou seja, as peças de metal descritas, por exemplo, em conexão com, por exemplo, a Figura 1, / 42 podem ser feitas de uma liga que compreende elementos tais como o ferro (Fe), cromo (Cr), níquel (Ni), molibdênio (Mo), manganês (Mn), cobre (Cu), etc. Alguns exemplos de ligas de ser utilizadas para as peças de metal são encontradas na lista apresentada na Tabela 15.
Metal de origem (peças de metal) Temperatura de solidificação aproximada[°Cl Temperatura de liquefação aproximada[°Cl
Níquel 200/201 1435 1445
Nicrofer 5923hMo 1310 1360
Liga Hastelloy ® C-2000 ® 1328 1358
Hastelloy 83 1370 1418
Liga C22 1357 1399
lnconel 625 1290 1350
Alloy C 276 1325 1370
Nicrofer 3033 1330 1370
Nicrofer 3127HMo 1350 1370
AL6XN 1320 1400
254SMO 1325 1400
Monel400 1299 1348
Cu Puro 1085 1085
Aço carbono 1505 1535
Aço inox tipo 316 1390 1440
Aço inox tipo 304 1399 1421
Tabela 15 [000113] A mistura, isto é, a composição depressora de fusão, pode ser aplicada por pintura, como descrito acima. A mistura pode também ser aplicada através de meios tais como a deposição física de vapor (PVD) ou deposição de vapor químico (CVD), caso em que a mistura não precisa incluir um componente ligante. É possível aplicar o silício em uma das camadas e o boro em uma das camadas, por pintura ou por PVD ou CVD. Ainda assim, mesmo se aplicada em camadas, tanto o boro e o silício são considerados para ser incluídos na composição depressora de fusão, uma vez que irá interagir durante o aquecimento, mesmo se eles foram misturados antes da aplicação.
Método [000114] Com referência à Figura 19 um fluxograma de um método para juntar uma primeira e segunda peça de metal é ilustrada. As peças de metal podem ser feitos de diferentes materiais, tal como descritos acima. [000115] Numa primeira etapa 201 a composição depressora de fusão é aplicada sobre a superfície de uma das peças de metal (aqui a primeira peça de metal). A aplicação em si pode ser feita por técnicas convencionais, por / 42 exemplo, por pulverização ou pintura, caso a composição depressora de fusão compreenda um componente ligante, e por PVD ou CVD, no caso de nenhum componente ligante ser utilizado.
[000116] A próxima etapa 202 da segunda peça de metal entra em contato com a composição depressora de fusão em um ponto de contato sobre a superfície. Isto pode ser feito manualmente ou automaticamente através do empregar sistemas de produção automatizados, convencionais.
[000117] Em uma próxima etapa 303 as peças de metal são aquecidas a uma temperatura que está acima de 1100°C. A temperatura exata pode ser verificada nos exemplos acima. Durante o aquecimento uma superfície de pelo menos o primeiro fundido da peça de metal e, em conjunto com o componente depressor de fusão, forma uma camada de metal fundido que está em contato com a segunda peça de metal, no ponto de contato entre a primeira peça de metal e a segunda peça de metal. Quando isso acontecer, metal da camada de metal fundida flui em direção ao ponto de contato.
[000118] Uma etapa final 204 a camada de metal fundido é deixada solidificar, de modo que uma junção é obtida no ponto de contato, isto é, o metal que flui ao ponto de contato solidifica. A solidificação tipicamente inclui a diminuição da temperatura até à temperatura ambiente normal. No entanto, a solidificação ocorre também durante o processo físico de redistribuição de componentes (boro e silício) na área da junção, antes de uma temperatura é diminuída.
[000119] A partir da descrição acima, que se segue, embora as várias formas de realização da invenção foram descritas e apresentadas, a invenção não se restringe a isso, mas pode também ser realizada de outras maneiras dentro do âmbito do objeto definido nas seguintes reivindicações. Várias composições depressoras de fusão também podem ser combinadas com vários metais para as peças de metal. Por exemplo, a composição depressora de fusão (mistura) A3.3 pode ser combinada com peças de chapa de aço 316.

Claims (28)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para junção de uma primeira peça de metal (11) com uma segunda peça de metal (12), as peças de metal (11, 12) com uma temperatura de solidificação acima de 1100°C, o método caracterizado pelo fato de que compreende
    - aplicação (201) de uma composição depressora de fusão (14) sobre uma superfície (15) da primeira peça de metal (11), a composição depressora de fusão (14), compreendendo • um componente depressor de fusão que compreende pelo menos 25% em peso de boro e silício para diminuir uma temperatura de fusão da primeira peça de metal (11), e • opcionalmente, um componente de ligação para facilitar a aplicação (201) da composição depressora de fusão (14) sobre a superfície (15),
    - trazendo (202) a segunda peça de metal (12) em contato com a composição depressora de fusão (14) em um ponto de contato (16) na dita superfície (15),
    - aquecimento (203) das primeira e segunda peças de metal (11, 12) a uma temperatura acima de 1100°C, a dita superfície (15) da primeiro peça de metal (11), assim fundindo de tal modo que uma camada da superfície (21) da primeira peça de metal (11) funde e, em conjunto com o componente depressor de fusão, forma uma camada de metal fundido (210) que está em contato com a segunda peça de metal (12) no ponto de contato (16), e
    - permitindo (204) que a camada de metal fundida (210) se solidifica, de modo que uma junção (25) é obtida no ponto de contato (16).
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o boro tem origem a partir de qualquer um de boro elementar e de um composto de boro selecionado a partir de entre pelo menos qualquer um
    Petição 870180059088, de 09/07/2018, pág. 9/13
    2 / 5 dos seguintes compostos: carboneto de boro, boreto de silício, boreto de níquel e boreto de ferro.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o silício tem origem a partir de qualquer um de silício elementar e de silício de um composto de silício selecionado dentre pelo menos um dos seguintes compostos: carboneto de silício, boreto de silício e ferro-silício.
  4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o componente depressor de fusão compreende pelo menos 40% em peso de boro e silício.
  5. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o componente depressor de fusão compreende pelo menos 85% em peso de boro e silício.
  6. 6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    5, caracterizado pelo fato de que o boro consiste em menos 10% em peso do teor de boro e silício do composto depressor de fusão.
  7. 7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    6, caracterizado pelo fato de que o silício constitui pelo menos 55% em peso do teor de boro e silício do composto depressor de fusão.
  8. 8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    7, caracterizado pelo fato de que o componente depressor de fusão compreende menos do que 50% em peso de elementos de metal.
  9. 9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    8, caracterizado pelo fato de que o componente depressor de fusão compreende menos do que 10% em peso de elementos de metal.
  10. 10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende uma espessura de 0,3 a 0,6 mm e a aplicação (201) da composição depressora de fusão (14) compreende a aplicação de uma média de 0,12 a 0,02 mg de boro e
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    3 / 5 silício por mm2 na superfície (15) da primeira peça de metal (11).
  11. 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende uma espessura de 0,6 a 1,0 mm e a aplicação (201) da composição depressora de fusão (14) compreende a aplicação de uma média de 0,02 a 1,0 mg de boro e silício por mm2 na superfície (15) da primeira peça de metal (11).
  12. 12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a superfície (15) tem uma área (A1) que é maior do que uma área (A2) definida pelo ponto de contato (16) na dita superfície (15), tal que o metal da camada de metal fundido (21') flui para o ponto de contato (16) quando permite (204) a junção (25) se formar.
  13. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a área (A1) da superfície (15) é, pelo menos 10 vezes maior do que a área (A2) definida pelo ponto de contato (16).
  14. 14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a área (A1) de superfície (15) é, pelo menos, três vezes maior do que uma área de seção transversal (A3) da junção (25).
  15. 15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a junção (25) compreende, pelo menos, 50% em peso de metal, que, antes do aquecimento (203), fazia parte de qualquer da primeira peça de metal (11) e da segunda peça de metal (12).
  16. 16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que qualquer da primeira peça metal (11) e a segunda peça de metal (12) compreende uma pluralidade de saliências (28, 29) que se estendem em direção à outra peça de metal, de tal modo que, ao trazer (202) a segunda peça de metal (12) em contato com a dita superfície (15), uma pluralidade de pontos de contato (16, 116) são formados na dita superfície (15).
  17. 17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1
    Petição 870180059088, de 09/07/2018, pág. 11/13
    4 / 5 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >50% em peso de Fe, <13% em peso de Cr, <1% em peso de Mo, <1% em peso de Ni e <3% em peso de Mn.
  18. 18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >90% em peso de Fe.
  19. 19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >65% em peso de Fe e >13% em peso de Cr.
  20. 20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >50% em peso de Fe, >15,5% em peso de Cr e >6% em peso de Ni.
  21. 21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >50% em peso de Fe, >15,5% em peso de Cr, 1 a 10% em peso de Mo e >8% em peso de Ni.
  22. 22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >97% em peso de Ni.
  23. 23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >10% em peso de Cr e >60% em peso de Ni.
  24. 24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >15% em peso de Cr, >10% em peso de Mo e >50% em peso de Ni.
  25. 25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >70% em peso de Co.
  26. 26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1
    Petição 870180059088, de 09/07/2018, pág. 12/13
    5 / 5 a 16, caracterizado pelo fato de que a primeira peça de metal compreende >10% em peso de Fe, 0,1 a 30% em peso de Mo, 0,1 a 30% em peso de Ni e >50% em peso de Co.
  27. 27. Produto obtido pelo método conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira peça de metal (11) que é unida com uma segunda peça de metal (12) por uma junção (25), as peças de metal (11, 12) com uma temperatura de solidificação acima de 1100°C, em que a junção (25) compreende, pelo menos, 50% em peso de elementos de metal que foram estirados de uma área (A1) que envolve a junção e fazia parte de qualquer uma da primeira peça de metal (11) e da segunda peça de metal (12).
  28. 28. Composição depressora de fusão para unir uma primeira peça de metal (11) com uma segunda peça de metal (12) usada no método conforme definido na reivindicação 1, a composição depressora de fusão caracterizada pelo fato de que compreende um componente depressor de fusão que compreende i) pelo menos 25% em peso de boro e silício para diminuir uma temperatura de fusão, e ii), opcionalmente, um componente de ligação para facilitar a aplicação (201) da composição depressora de fusão (14) sobre a primeira peça de metal (11).
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