ES2560081T3

ES2560081T3 - Compresor con una capa superficial de un material cerámico y el procedimiento para su fabricación

Info

Publication number: ES2560081T3
Application number: ES05405683.3T
Authority: ES
Inventors: Gérard BARBEZAT
Original assignee: Oerlikon Metco AG
Current assignee: Oerlikon Metco AG
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2006291350A; EP1710216B1; EP1710216A9; EP1710216A3; US20060254418A1; EP1710216A2; US7357068B2; JP4976702B2; EP1710216B8

Abstract

Compresor, en particular compresor libre de aceite para la compresión de un fluido, que comprende un pistón de compresión (3) dispuesto móvil en una cámara de compresión (2), caracterizado porque sobre una pared de limitación (4) de la cámara de compresión (2) está prevista una capa superficial (5) aplicada a través de inyección térmica a base de una cerámica de óxido que comprende entre 40 % y 80 % en peso de Al2O3 y entre 10 % y 40 % en peso de ZrO2, en el que la capa superficial contiene para la optimización simultánea de la dureza y la tenacidad entre 5 % y 35 % en peso de Cr2O3.

Description

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DESCRIPCION

Compresor con una capa superficial de un material ceramico y el procedimiento para su fabricacion

La invencion se refiere a un procedimiento para el recubrimiento termico de un compresor y a un compresor con una capa superficial.

Los recubrimientos ceramicos aplicados a traves de pulverizacion termica se conocen desde hace mucho tiempo para una pluralidad de aplicaciones. Asf, por ejemplo, se recubren caras de superficies de rodadura cilmdricas lubricadas con aceite en motores de vehuculos ya desde hace algun tiempo, entre otras cosas, a traves de pulverizacion de plasma, siendo reducida la capa sobre todo el coeficiente de friccion, que esta activo entre anillos de piston y la pared del cilindro, con lo que se reduce claramente el desgaste de anillos de piston y cilindro, lo que conduce a una elevacion de la potencia de marcha del motor, a una prolongacion de los intervalos de mantenimiento, por ejemplo del cambio de aceite y no en ultimo termino a un incremento considerable de la potencia del motor. Esto se consigue por medio de diferentes medidas. Por ejemplo, tales capas para motores de combustion lubricados con aceite pueden contener inclusiones de lubricantes secos en una matriz de base, pudiendo estar previstos en la matriz de base adicionalmente poros de tamano predeterminado, que funciones como bolsas de aceite y de esta manera reducen claramente, junto con los lubricantes secos incrustados relativamente blandos, la friccion entre los anillos del piston y la pared del cilindro. La matriz de base propiamente dicha, que contiene, entre otros componentes, especialmente los lubricantes secos y los poros, esta constituida en este caso por un material de matriz duro, que garantiza una larga duracion de vida util de las superficies del cilindro y de los anillos del piston. Tal superficie de marcha del cilindro de alto rendimiento moderna se describe en detalle, por ejemplo, en el documento EP 1 340 834.

El documento DE4040975 muestra un procedimiento para la fabricacion de un bloque de cilindros. Por medio de un procedimiento de inyeccion de llama se aplica una capa de desgaste sobre la superficie de un casquillo de soporte. Esta capa contiene sustancias duras no metalicas como AhO3, ZrO2 y Cr2O3.

El documento JP64000258 presenta un material, en forma de una capa superficial. Esta capa superficial ha sido aplicada a traves de pulverizacion termica de un polvo de inyeccion. Una composicion posible del polvo de inyeccion y de la capa superficial es 27,6, % en peso de ZrO2, 49 % en peso de A^O3, 21 % en peso de Cr2O3 y 2,4 % en peso de Y2O3.

Oras aplicaciones tfpicas para superficies aplicadas a traves de inyeccion termica es el recubrimiento de piezas de turbinas con capas de proteccion del desgaste y capas de aislamiento termico, de componentes de cojinetes lubricados con aceite, como por ejemplo de cojinetes de ciguenal u otras piezas de trabajo, que estan expuestas a cargas ffsica, qmmicas y termicas especiales. De acuerdo con el objeto que deba cumplir la capa, se emplean materiales my determinados, en general en forma de polvos de inyeccion o alambres de inyeccion, que poseen las propiedades y las composiciones espedficas necesarias, para generar las propiedades necesarias de la capa superficial a inyectar.

Aunque los materiales altamente desarrollados mencionados anteriormente para la generacion de capas superficiales en el caso de aplicaciones lubricadas con aceite conducen a resultados excelentes en la aplicacion tecnica, estos materiales son, sin embargo, totalmente inadecuados para el caso de que debe evitarse el empleo de lubricantes, puesto que estos materiales han sido desarrollados de forma selectiva precisamente para el empleo de aplicaciones lubricadas con aceite.

Un ejemplo importante para una aplicacion en la que el empleo de lfquido lubricante implica inconvenientes considerables son tipos de compresores para la compresion de gases. Tales compresores se conocen perfectamente en formas de realizacion muy diferentes, por ejemplo como compresores de piston circular o como compresores de piston de carrera. Especialmente los compresores de piston de carrera estan muy extendidos y tienen una importancia tecnica grande en las mas diferentes formas de realizacion, por ejemplo como compresores monofasicos, cuando no deben generarse presiones demasiado altas o como compresores de varias fases, sobre todo en aplicaciones de alta presion.

En este caso se emplean para la compresion de todos los gases posibles, comenzando desde el aire ambiental habitual, pasando por oxfgeno puro, nitrogeno, gas natural, gases nobles, hidrogeno o cualquier otro gas o mezcla de gases. Se entiende que de acuerdo con el gas que deba comprimirse o bien en que zona de presion deben proporcionarse los gases comprimidos, las configuraciones estructurales y tecnicas concretas de los compresores empleados vanan. Todos estos tipos de compresores se conocen, en principio, perfectamente desde hace mucho tiempo, de manera que no deben describirse en detalle sus datos tecnicos especiales en este lugar.

En principio, un compresor de piston de carrera comprende esencialmente un cilindro, en el que esta dispuesto movil en vaiven para la compresion de un gas un piston, totalmente similar al de un motor de combustion interna de piston de carrera. El espacio de compresion se limita entonces a traves de la pared del cilindro, el piston dispuesto movil en el y una tapa de cilindro. El movimiento del piston en el cilindro es generado a traves de una biela motriz conectada

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con un arbol de ciguenal, siendo accionado el arbol de ciguenal, por ejemplo, por medio de un motor, por ejemplo un motor electrico o por medio del acoplamiento en un motor de combustion o en otra unidad de accionamiento.

Cuando el piston se encuentra en la proximidad de una posicion de punto muerto inferior, se introduce en la camara de compresion el gas a comprimir y durante una carrera de compresion siguiente, en la que se reduce en gran medida el volumen de la camara de compresion a traves de un movimiento del piston en la direccion de su posicion de punto muerto superior, se comprime el gas en el volumen cada vez mas reducido de la camara de compresion en una presion mas elevada. En la proximidad del punto muerto superior se transmite entonces el gas que esta bajo la presion elevada para la elevacion siguiente de la presion o cuando la presion es suficientemente alta, se alimenta por ejemplo a un deposito de presion, donde esta disponible entonces para la utilizacion posterior.

Para que durante la carrera de compresion del piston, es decir, durante la reduccion del volumen de la camara de compresion a traves del movimiento del piston en la direccion del punto muerto superior, se pueda generar una presion suficientemente alta, especialmente el piston debe estar lo mejor obturado posible contra la pared del cilindro, en la que el piston esta guiado en direccion axial durante su movimiento. A tal fin, el piston dispone, en general, de anillos de obturacion configurados como anillos de piston, que estan incrustados de manera bien conocida en una ranura circundante alrededor del piston y estan bajo una cierta tension previa radial, de manera que el anillo de obturacion es presionado con una fuerza determinada contra la superficie de marcha de la pared del cilindro, con lo que se provoca un efecto de obturacion, de manera que el gas incluido en el cilindro puede ser comprimido a una presion predeterminada. La mayona de las veces varios de tales anillos de obturacion estan dispuestos en forma de una empaquetadura en una o varias ranuras circundantes en el piston, con lo que se eleva la accion de obturacion. En este caso se conocen para aplicaciones especiales tambien disposiciones con piston sin anillo de obturacion, por ejemplo, pero solo cuando no debe generarse una presion especialmente alta.

Entre otras cosas, a traves de las medidas descritas anteriormente se puede conseguir, en efecto, una obturacion relativamente buena, pero debido al contacto entre el anillo de obturacion y la superficie de marcha de la pared del cilindro y/o debido al contacto entre el piston y la superficie de marcha de la pared del cilindro a traves del movimiento del piston aparecen fuerzas de friccion considerables, que deben reducirse al mmimo.

Esto se realiza con preferencia a traves de la utilizacion de un lubricante, como por ejemplo a traves de la utilizacion de un aceite lubricante, con lo que se puede reducir suficientemente la friccion entre las partes moviles entre sf Ademas, a traves del lubricante se puede apoyar adicionalmente la obturacion en la periferia del piston.

No obstante, cualquiera que sea la aplicacion o forma de realizacion especial del compresor, en estos compresores lubricados con aceite conocidos a partir del estado de la tecnica se plantean problemas considerables a traves de una contaminacion de los gases a comprimir a traves del lubricante.

Los problemas en virtud de la contaminacion de los gases a traves del lubricante pueden ser en este caso de diferente naturaleza. Por ejemplo, cuando se necesitan gases de alta pureza, por ejemplo para la operacion en el laboratorio, o cuando se trata de gases comprimidos, que deben quemarse en componentes altamente complicados de sistemas de combustion, se pueden producir contaminaciones de componentes del sistema a traves del aceite lubricante. Asf, por ejemplo, en vehnculos accionados con gas natural, se contaminan componentes del sistema de inyeccion, como la bomba de inyeccion o las toberas de inyeccion. Tambien por motivos de proteccion del medio ambiente es altamente indeseable con frecuencia una contaminacion del gas comprimido, porque, por ejemplo, el lubricante puede llegar como niebla finamente distribuida al medio ambiente o el lubricante se quema al mismo tiempo, por ejemplo en un vehnculo accionado con gas, con lo que pueden aparecer productos nocivos de la combustion. Ademas de contaminaciones que pueden conducir, entre otras cosas, a obstrucciones o estrechamiento en conductos finos de alta presion, no en pocas ocasiones se plantean problemas de corrosion intensificada, por ejemplo de componentes, como conductos metalicos de alta presion, toberas en el sistema o partes de la bomba, puesto que los aceites lubricantes pueden actuar de forma ffsica, qmmica o termicamente agresiva sobre determinadas sustancias y de esta manera pueden condicionar su desgaste prematuro.

Otro problema serio es la formacion de gotitas finas de lubricante en el gas comprimido. Asf, por ejemplo, puede suceder que el lubricante distribuido en el gas comprimido se condense en las gotitas mencionadas anteriormente, que convierten entones durante la expansion del gas comprimido en una corriente de gas muy rapida en autenticos proyectiles, que pueden incidir, por ejemplo, sobre paredes o superficies de componentes conectados del sistema y pueden ocasionar allf danos masivos en virtud de su energfa cinetica alta.

Un ejemplo muy importante en la practica de compresores lubricados con aceite conocidos, que se enfrentan mas o menos en el funcionamiento esencialmente con todos estos problemas son, por ejemplo, compresores para la compresion de aire para la activacion de frenos en vetnculos. Se pueden mencionar aqrn especialmente, peo no solo, sistemas de frenos de vehnculos ferroviarios, aviones, turismos y camiones. Tales sistemas de frenos se conocen bien desde hace mucho tiempo y se accionan, en general, con aire comprimido, que es proporcionado en un deposito de reserva de presion. La presion en el deposito de reserva se mantiene o bien se forma a traves de un compresor apropiado, que o bien tiene un accionamiento propio, por ejemplo un motor electrico, o esta acoplado en

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la maquina de accionamiento del vehuculo o puede ser accionado de otra manera.

En los sistemas de frenos mencionados anteriormente, ademas del desgate elevado, juega un papel decisivo en particular naturalmente la seguridad funcional, que puede ser perjudicada por contaminaciones del aire comprimido con lubricante y en el peor de los casos puede conducir a un fallo del sistema de frenos.

Por lo tanto, sena deseable emplear un compresor que funciona en seco, es decir, un compresor que no necesita lubricante entre el anillo de obturacion y la superficie de marcha de la pared del cilindro de la camara de combustion y/o entre el piston de compresion y la superficie de marcha de la pared del cilindro de la camara de compresion para un funcionamiento seguro del compresor.

En principio, en efecto, se conocen, por ejemplo, recubrimientos de alumina ceramica desde hace mas tiempo que las capas de proteccion del desgaste o tambien como aisladores electricos. En este caso, para reducir la fragilidad de la alumina se anade. Por ejemplo TiO2 como elemento de aleacion. Para elevar la tenacidad de la alumina fragil se conoce tambien, por otra parte, anadir ZrO2, de manera que a traves de una conversion acoplada con una modificacion del volumen (de tetragonal a monoclmico) en una fase de circonia se eleva la tenacidad frente a la alumina pura. La elevacion de la tenacidad se basa en este caso en tensiones de presion, que son generadas a traves de la conversion en la fase de circonia en un recubrimiento inyectado durante la refrigeracion despues del proceso de inyeccion.

Sin embargo, la tenacidad mejorada en los materiales conocidos a partir del estado de la tecnica es siempre a costa de las capas, de manera que estas son inadecuadas especialmente para recubrimientos de piezas, que estan en contacto seco, es decir, que no estan en contacto de friccion lubricado con lubricantes, o bien presentan una duracion de vida limitada. Estas son mal adecuadas como recubrimiento en un compresor que funciona en seco, puesto que la dureza reducida conduce rapidamente a la formacion de pistas de desgaste, de manera que la camara de compresion no esta ya suficientemente obturada despues de corta duracion de funcionamiento. Es decir, que una parte del aire comprimido en la camara de combustion se puede escapar a traves de surcos, que se configuran, por ejemplo, en la superficie de marcha recubierta del cilindro de compresion en virtud de la dureza reducida de la capa, de manera que no se puede formar ya la presion de trabajo necesaria.

Al menos en la misma medida son inadecuadas las capas, cuya tenacidad no ha sido elevada a traves de la adicion de otros componentes de aleacion como circonia. Tales capas son demasiado poco tenaces y, por lo tanto, demasiado fragiles, de modo que bajo carga mecanica o termica las capas pueden conducir rapidamente a desgaste, por ejemplo a traves de la formacion de roturas, grietas o surcos en la superficie.

Por lo tanto, la invencion tiene el cometido de proponer un material y un procedimiento para la formacion de una capa superficial sobre un compresor por medio de recubrimiento termico, con el que se consigue especialmente una mejora de la tenacidad con una dureza y resistencia mecanica al mismo tiempo claramente elevadas de la capa superficial inyectada con el material, y que tienen adicionalmente propiedades tribologicas muy buenas.

El cometido de la invencion consiste en proponer un compresor, en particular un compresor de piston de carrera, que tiene tiempos de actividad claramente mas elevados e intervalos de mantenimiento mas prolongados, impidiendo al mismo tiempo una contaminacion de un medio a comprimir con lubricantes.

Los objetos de la invencion que solucionan estos cometidos en el aspecto de aparatos y en el aspecto de la tecnica de procedimientos se caracterizan por las caractensticas de las reivindicaciones independientes de la categona respectiva.

Las reivindicaciones dependientes respectivas se refieren a formas de realizacion especialmente ventajosas de la invencion.

La invencion se refiere, por lo tanto, a un compresor, en particular un compresor libre de aceite para la compresion de un fluido, que comprende un piston de compresion dispuesto movil en una camara de compresion asf como una capa superficial aplicada por medio de inyeccion termica, que comprende entre 40 % y 80 % en peso de AhO3 y entre 10 % y 40 %en pero de ZrO2, conteniendo la capa superficial para la optimizacion simultanea de dureza y tenacidad de la capa superficial adicionalmente entre 5 % y 35 % en peso de C2O3.

A traves de la adicion de oxido de cromo a la composicion de oxido de aluminio y oxido de circonio se mejora considerablemente, ademas de una alta dureza y una fragilidad claramente reducida, la tenacidad de una capa superficial inyectada. Es decir, que a traves del material de acuerdo con la inyeccion para el recubrimiento termico, se optimiza al mismo tiempo la tenacidad, la dureza y la resistencia mecanica. Ademas, se ha mostrado que una capa superficial inyectada de acuerdo con la invencion presenta propiedades de marcha en seco tribologicas excelentes. Es decir, que cuando se recubre, por ejemplo, una superficie de marcha de un cilindro con un material de acuerdo con la invencion, entonces se puede conducir un piston, tambien bajo cargas extremas, en este cilindro sin un lubricante fluido adicional, sin que se produzcan perdidas de friccion excesivas. La duracion de vida util de la capa se eleva en este caso muy claramente en comparacion con las capas conocidas, se excluye practicamente la

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formacion de muescas o surcos o bien la aparicion de grietas o roturas durante periodos de funcionamiento muy largos.

De esta manera, el material es adecuado para el recubrimiento de paredes de cilindros en camaras de compresion de compresores, en particular de compresores de gas, como se emplean en frenos de automoviles, turismos y camiones, vehuculos ferroviarios o aeronaves, como aviones. En este caso, el espectro de los campos de aplicacion posibles es mucho mas amplio. El material es adecuado, en principio, en todas las aplicaciones, en las que dos piezas de trabajo son conducidas o movidas una contra la otra en contacto de friccion sin la utilizacion de lubricantes, como por ejemplo aceites lubricantes.

En un ejemplo de realizacion preferido, el material contiene adicionalmente oxido de itrio. La adicion de oxido de itrio permite una estabilizacion parcial de la fase de circonia y permite una formacion moderada o bien opcional de la tension de presion en las capas inyectadas.

En otro ejemplo de realizacion, el material contiene adicionalmente y/o alternativamente al oxido de itrio todavfa oxido de titanio, lo que conduce a traves de la formacion de cristales mixtos de AlxTiyOzCra a otra mejora de la tenacidad. En este caso, el oxido de aluminio es A^O3, el oxido de titanio es con preferencia TiO2, el oxido de circonio es ZrO2, el oxido de cromo es Cr2O3 y el oxido de itrio es con preferencia Y2O3. La porcion de oxido de cromo esta entre 5 % y 35 % en peso, la porcion de oxido de circonio esta entre 20 % y 40 % y la porcion de oxido de aluminio esta entre 40 % y 80 % en peso. Adicionalmente puede estar presente oxido de titanio en una porcion de hasta 20 % en peso.

Se entiende que el material puede contener impurezas no esenciales de la invencion.

El material se prepara en este caso con preferencia como polvo de inyeccion, de manera que se puede emplear en un procedimiento de polvo de inyeccion termico. A tal fin se procesa el material a traves de fundicion y/o fusion o trituracion siguiente y/o cribado para obtener un polvo de inyeccion termica.

Se entiende que a partir de los materiales descritos anteriormente o de cualquier combinacion de estos se pueden fabricar, por ejemplo, tambien alambres de inyeccion para la inyeccion termica o el material se puede preparar en cualquier otra forma adecuada para la inyeccion termica.

Si se fabrica el material a partir de polvo de inyeccion termica, entonces el tamano de las partfculas del polvo de inyeccion en un ejemplo de realizacion especial esta entre 1 |im y 90 |im, con preferencia entre 5 |im y 45 |im.

La capa superficial aplicada a traves de inyeccion termica es a base de una ceramica de oxido que comprende oxido de aluminio, y oxido de circonio, conteniendo la capa superficial adicionalmente oxido de cromo para la optimizacion simultanea de la dureza y la tenacidad.

En otros ejemplos de realizacion preferidos, la capa superficial puede contener adicionalmente oxido de itrio y/u oxido de titanio.

La porcion de oxido de cromo en la capa superficial esta entre 5 % y 35 % en peso, la porcion de oxido de circonio esta entre 10 % y 40% en peso y la porcion de oxido de aluminio esta entre 40 % y 80 % en peso. Adicionalmente puede estar contenido hasta 20 % en peso de oxido de titanio.

El Cr3O3 es soluble en este caso en alumina y se ha mostrado que en este caso se reducen claramente tanto la dureza como tambien la tribocapacidad del sistema, es decir, especialmente la friccion en condiciones de marcha en seco. A traves de la adicion de oxido de titanio TO2 se mejoran claramente las propiedades de deslizamiento, mientras que el oxido de itrio Y2O3 suprime o bien impide la formacion de la fase monoclmica de ZrO2. Se entiende que la capa superficial puede contener, ademas, impurezas no esenciales de la invencion en cantidades no esenciales. El oxido de aluminio AhO3 esta presente en este caso en la capa superficial con preferencia como alumina cristalina fase-a o como alumina cristalina fase-y y/o el ZrO2 esta presente con preferencia como fase monoclmica y/o como fase tetragonal.

La capa superficial presenta en este caso una microdureza HV03 claramente mejorada con respecto al estado de la tecnica, que esta entre 500 HV0,3 y 1200 HV0,3, en particular entre 800 HV0,3 y 850 HV0,3.

En la Tabla siguiente se representan de forma ejemplar tres ejemplos de realizacion diferentes F6350, F6351 y F6352 de recubrimientos interiores de acuerdo con la invencion de paredes de cilindros de compresores de piston de carrera y se confrontan para comparacion con el recubrimiento de referencia conocido AMDRY 6350. En particular, llama la atencion la dureza claramente mejorada de las capas superficiales de acuerdo con la invencion, que es atribuible sobre todo a la adicion de oxido de cromo. Las capas han sido inyectadas, en general, con un procedimiento de inyeccion de plasma atmosferica (procedimiento APS) con un quemador de inyeccion de plasma Sulzer Metco del tipo F 300.

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Caractensticas del material de la capa y de la superficie en el recubrimiento interior en el diametro de 50 a 60 mm, procedimiento APS, quemador de inyeccion de plasma SM F 300

Designacion: Composicion qmmica [% en peso] Microdureza [HV0,3] Fases cristalinas principales

: Al2O3 ZrO2 Cr2O3 TiO2 Y2O3

F6350: 60 20 20 840 Alumina a, Alumina y, ZrO2 monoclmico ZrO2 tetragonal

F6351: 55 15 20 10 845 Alumina a, Alumina y, ZrO2 monoclmico ZrO2 tetragonal

F6352: 55 15 15 7,5 7,5 845 Alumina a, Alumina y, ZrO2 tetragonal

AMDR 6350: 60 40 700 Alumina a, Alumina y, ZrO2 monoclmico ZrO2 tetragonal

En un ejemplo de realizacion especialmente importante para la practica tecnica, el compresor comprende una camara de compresion delimitada por un cilindro con una pared de cilindro, que esta provista con una capa superficial de acuerdo con la presente invencion, y en cuyo cilindro esta dispuesto movil en vaiven un piston de carrera para la compresion del fluido.

En este caso, el compresor no tiene que ser necesariamente un compresor de de piston de carrera, sino que el compresor puede ser tambien otro compresor libre de aceite lubricante, como por ejemplo un compresor de piston circular o un compresor de otro tipo de construccion.

A continuacion se explica en detalle la invencion con la ayuda del dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra un compresor de piston de carrera con una capa superficial de acuerdo con la invencion.

La figura 1 muestra en una representacion esquematica un compresor de piston de carrera con una capa superficial formada del material de acuerdo con la invencion.

Un ejemplo de realizacion especialmente importante para la practica de un compresor de acuerdo con la invencion, que se designa a continuacion, en general, con el signo de referencia 1, se representa de forma esquematica en la seccion en la figura 1.

El compresor de piston de carrera 1 comprende de manera conocida en sf esencialmente un cilindro 6, en el que se encuentra una camara de compresion 2.

El compresor de piston de carrera 1 comprende de manera conocida en sf esencialmente un cilindro 6, en el que esta configurada una camara de compresion 2, en la que para la compresion de un gas un piston 3, esta dispuesto de manera movil en vaiven de forma totalmente similar a un motor de combustion interna de piston de carrera. La camara de compresion 2 esta delimitada por la pared del cilindro 4, el piston 3 dispuesto movil allf y una tapa de cilindro no representada aqrn. El movimiento del piston 3 en el cilindro 6 es generado a traves de una biela 7 conectada con un arbol de ciguenal tampoco representado, siendo accionado el arbol de ciguenal, por ejemplo, a

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traves de un motor, por ejemplo un motor electrico o a traves de un acoplamiento en un motor de combustion o en otra unidad de accionamiento.

Cuando el piston 3 se encuentra en la proximidad de una posicion de punto muerto inferior, se introduce en la camara de compresion 2 el gas a comprimir y durante una carrera de compresion siguiente, en la que el volumen de la camara de compresion 2 se reduce fuertemente a traves de un movimiento del piston 3 en la direccion de su posicion de punto muerto superior, se comprime el gas en el volumen reducido de la camara de compresion 2 a una presion mas elevada. En la proximidad del punto muerto superior, se transmite entonces el gas que esta bajo la presion elevada de manera conocida a traves de una valvula no representada, por ejemplo, a otra fase de compresion para la elevacion de la presion o cuando la presion es suficientemente alta, se conduce, por ejemplo, a un deposito de presion, donde esta disponible entonces para utilizacion posterior.

Para que durante la carrera de compresion del piston 3, es decir, durante la reduccion del volumen de la camara de compresion 2 a traves del movimiento del piston en la direccion del punto muerto superior, se pueda generar una presion suficientemente alta, el piston 3 representado en la figura 1 dispone de un anillo de obturacion 8 configurado como anillo de piston 8, que esta incrustado de manera perfectamente conocida en una ranura 9 circundante alrededor del piston 3 y con preferencia bajo una cierta tension previa radial, de manera que el anillo de obturacion 8 es presionado con una fuerza predeterminada contra la superficie de rodadura de la pared del cilindro 4, con lo que se provoque un efecto de obturacion, de manera que el gas introducido en el cilindro puede ser comprimido a una presion predeterminada. Con preferencia, pero no necesariamente, el anillo de obturacion 8 esta constituido de un plastico especial, que esta adaptado de una manera optima a altos requerimientos, en particular a solicitaciones termicas y tribologicas asf como a las relaciones existentes de la presion del gas. Evidentemente, el anillo de obturacion 8 puede estar constituido de cualquier otro material, por ejemplo de metales adecuados, aleaciones metalicas, materiales compuestos u otros materiales adecuados.

En el presente ejemplo de la figura 1, por razones de claridad solamente se representa un anillo de obturacion 8. Se entiende que de acuerdo con la aplicacion, pueden estar dispuestos tambien varios de tales anillos de obturacion 8, por ejemplo en forma de una empaquetadura en una o varias ranuras circundantes 9 en el piston 3, con lo que se eleva la accion de obturacion. En este caso, para aplicaciones especiales se conocen tambien disposiciones con piston 3 sin anillo de obturacion 8, por elemento pero no solo, cuando no debe generarse ninguna presion especialmente alta.

De acuerdo con la invencion, la pared cilmdrica 4 del compresor 1 esta provista con una capa superficial 5, que contiene sobre la base de una ceramica de oxido al menos oxido de aluminio, oxido de circonio y para la optimizacion simultanea de la dureza y la tenacidad adicionalmente oxido de cromo.

La capa superficial 5 esta repasada en este caso con preferencia, pero no necesariamente, despues de la inyeccion a traves de rectificacion u otras medidas, de manera que se consigue una adaptacion optima del anillo de obturacion 8 a la capa superficial 5, de modo que tanto la accion de obturacion como tambien las propiedades de circulacion estan optimizadas, en particular las propiedades tribologicas.

Un material a base de una ceramica de oxido se utiliza para la fabricacion de una capa superficial por medio de recubrimiento termico, con la que se optimiza al mismo tiempo la dureza y tenacidad de una capa superficial inyectada con ella y que presenta al mismo tiempo propiedades excelentes de marcha en seco.

Esto se consigue por medio de la adicion de oxido de cromo a una composicion de oxido de aluminio y oxido de circonio, de manera que ademas de una dureza alta y una fragilidad claramente reducida, se mejora considerablemente la tenacidad de una capa superficial inyectada.

Cuando se recubre, por ejemplo, una superficie de marcha de un cilindro con el material mencionado en la reivindicacion 1, entonces se puede conducir tambien bajo cargas extremas un piston en este cilindro sin un lubricante fluido adicional, sin que aparezcan perdidas de friccion excesivas. La duracion de vida util de la capa se eleva en este caso muy claramente en comparacion con capas conocidas, se excluye practicamente la formacion de muescas o surcos o bien la aparicion de grietas o roturas durante periodos de tiempo muy largos y, ademas, se consigue en colaboracion con un piston de compresion y eventualmente otros componentes de obturacion, como por ejemplo anillos de piston, una accion de obturacion excelente frente a la camara de compresion, en la que el gas a comprimir se comprime en el estado de funcionamiento del compresos. De esta manera, el compresor es adecuado para el recubrimiento de paredes cilmdricas en camaras de compresion de compresores, en particular de compresores de gas, como se emplean en frenos de automoviles, turismos o camiones, vehfculos ferroviarios o aeronaves, como aviones. El espectro de los campos de aplicacion posibles es mas amplio, puesto que el material se puede emplear con exito, en principio, en todas las aplicaciones, en las que dos piezas de trabajo se conducen o se mueven en contacto de friccion entre sf sin utilizar lubricantes, como por ejemplo aceites lubricantes.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Compresor, en particular compresor libre de aceite para la compresion de un fluido, que comprende un piston de compresion (3) dispuesto movil en una camara de compresion (2), caracterizado porque sobre una pared de limitacion (4) de la camara de compresion (2) esta prevista una capa superficial (5) aplicada a traves de inyeccion termica a base de una ceramica de oxido que comprende entre 40 % y 80 % en peso de AhO3 y entre 10 % y 40 % en peso de ZrO2, en el que la capa superficial contiene para la optimizacion simultanea de la dureza y la tenacidad entre 5 % y 35 % en peso de C^3.
2. - Compresor de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la capa superficial contiene adicionalmente oxido de itrio, con preferencia Y2O3., en particular hasta 20 % en peso y/u oxido de titanio, con preferencia TiO2, en particular hasta 20 % en peso de TO2.
3. - Compresor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que A^O3 esta presente como alumina cristalina de fases-a y/o como alumina cristalina de fase-y en la capa superficial (5).
4. - Compresor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que ZrO2 esta presente como fase monoclmica y/o como fases tetragonal.
5. - Compresor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la capa superficial (5) presenta una microdureza HV0,3 entre 500 HV0,3 y 1200 HV0,3, con preferencia entre 800 HV0,3 y 850 HV0,3.
6. -Compresor de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el compresor es un compresor de piston de carrera, que comprende una camara de compresion (2) delimitada por un cilindro (4), que esta provista con la capa superficial (6), y en cuyo cilindro (2) esta dispuesto movil en vaiven un piston de carrera (3) para la compresion del fluido, de manera que un diametro del cilindro esta con preferencia entre 40 mm y 80 mm, en particular 50 mm y 60 mm.
7. - Utilizacion de un material para la fabricacion de una capa superficial (5) por medio de recubrimiento termico sobre una pared de limitacion (4) de una camara de compresion (2) de un compresor (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el material es un material a base de una ceramica de oxido que comprende entre 40 % y 80 % en peso de AhO3 y entre 10 % y 40 % en peso de ZrO2, en el que el material contiene para la optimizacion simultanea de la dureza y la tenacidad de la capa superficial (5) entre 5 % y 35 % en peso de Cr2O3.
8. - Utilizacion de un material de acuerdo con la reivindicacion 7, en la que el material contiene adicionalmente oxido de itrio, con preferencia Y2O3., en particular hasta 20 % en peso y/u oxido de titanio, con preferencia TO2, en particular hasta 20 % en peso de TO2.
9. - Utilizacion de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8, en la que el material es un polvo de inyeccion termica fabricado a traves de fundicion y/o fusion y rotura siguiente y/o cribado.
10. - Utilizacion de un material de acuerdo con la reivindicacion 9, en la que el tamano de las partfculas del polvo de inyeccion esta entre 1 |im y 90 |im, con preferencia entre 5 |im y 45 |im.
11. - Procedimiento de recubrimiento para la aplicacion de una capa superficial (5) sobre un compresor (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, utilizando un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el procedimiento de recubrimiento es un procedimiento de inyeccion de plasma atmosferico, un procedimiento de inyeccion de plasma de baja presion, un procedimiento de inyeccion de llama, o un procedimiento de inyeccion de llama de alta velocidad.