ES2930232T3

ES2930232T3 - Método y aparato para revestir una superficie de un artículo

Info

Publication number: ES2930232T3
Application number: ES15852743T
Authority: ES
Inventors: Gregory Hooper
Original assignee: Laserbond Ltd
Current assignee: Laserbond Ltd
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2035-10-26
Also published as: AU2015336950A1; CA2965545C; CA2965545A1; EA201790906A1; CN107429381B; PE20171458A1; CN107429381A; AU2015336950B2; EP3209811B1; CL2017001011A1; ZA201703509B; WO2016061636A1; US11173571B2; EP3209811A4; EP3209811A1; US20170312855A1

Abstract

Esta invención se refiere a un método, sistema y aparato para revestir una superficie de artículos sujetos a desgaste corrosivo, erosivo o abrasivo, tal como herramientas de impacto o abrasivas. El método incluye proporcionar un suministro de materia prima y alimentar la materia prima hacia una parte de la superficie del artículo a través de una fuente de alimentación dedicada. Una fuente de calor dedicada calienta la materia prima alimentada y la parte de la superficie del artículo de manera que la materia prima calentada y la parte de la superficie se fundan al menos parcialmente. Tras la eliminación del calor, la materia prima fundida y la parte de la superficie forman una capa de revestimiento unida sobre al menos una parte de la superficie del artículo, protegiendo así esa parte del conjunto contra el desgaste. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para revestir una superficie de un artículo

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a un método, un sistema y un aparato para la deposición de capas enlazadas metalúrgicamente sobre superficies de sustratos metálicos, mediante deposición por láser.

La invención, en una forma, ha sido desarrollada para su uso en conexión con componentes generalmente cilíndricos del tipo usado en perforadoras de percusión de fondo ("DTH", del inglés down the hole) y se describirá predominantemente en este contexto. Se debe apreciar, sin embargo, que la invención no se limita a este campo particular de uso, siendo potencialmente aplicable a una amplia gama de aplicaciones donde es ventajosa la deposición de capas superficiales sobre sustratos metálicos.

Un propósito común de los recubrimientos superficiales es adaptar o mejorar las características de resistencia al desgaste y la presente invención se describirá principalmente con referencia a dichas aplicaciones. Nuevamente, sin embargo, se debe apreciar que la invención se puede utilizar para la aplicación de capas superficiales y recubrimientos para una amplia gama de aplicaciones funcionales, estructurales y estéticas que incluyen, entre otras, resistencia al desgaste o a la abrasión, aislamiento térmico, resistencia a la corrosión y química, conductividad o resistividad eléctricas, compatibilidad médica o biomédica, blindaje RFI/EMI, color, patrón o textura de la superficie, restauración dimensional y reparación cosmética.

Antecedentes de la invención

La siguiente discusión de la técnica anterior pretende enmarcar la invención en un contexto técnico apropiado y permitir que las ventajas asociadas se entiendan más completamente. Se debe apreciar, sin embargo, que cualquier referencia a la técnica anterior no debe interpretarse como una admisión expresa o implícita de que dicha técnica, o cualquier desventaja o limitación asociada, es ampliamente conocida o parte del conocimiento general común en el campo.

El documento CN103540928 divulga según el resumen un método de fabricación de un recubrimiento de superficie de tubería de aire, que comprende las siguientes etapas: (1) llevar a cabo un tratamiento de eliminación de aceite y purificación con chorro de arena en una superficie de tubería de aire de acero inoxidable resistente al calor fundido; (2) mezclar 50-90 % en peso de polvo de aleación a base de Ni con un tamaño de partícula de 53-150 pm y 50-10 % en peso de polvo de carburo de cromo-cromo-níquel, y poner la mezcla en la superficie de tubería de aire, en donde el grosor es de 1-5 mm; (3) llevar a cabo un revestimiento por láser, en donde la potencia de un dispositivo láser de CO²se regula a 3500-7000 W, la anchura del haz láser se regula a 2-10 mm, la velocidad del revestimiento por láser se regula a 300-2000 mm/minuto, y la relación de superposición de láser se regula al 30-70 %; y (4) envolver la tubería de aire sometida a revestimiento por láser con algodón de aislamiento térmico, enfriar a temperatura ambiente y lijar y pulir para obtener la tubería de aire con recubrimiento compuesto revestido por láser. La tubería de aire preparada por el método tiene las ventajas de una favorable resistencia a la corrosión a alta temperatura, favorable resistencia al ataque químico y favorable resistencia a la abrasión; el recubrimiento y el sustrato forman un enlace metalúrgico firme; y la vida útil de la tubería de aire se puede prolongar de 2 a 4 veces.

El documento CN102191495 divulga según el resumen un método para preparar rápidamente un recubrimiento de metal y cerámica a través de fundido por fusión de material compuesto inducido por láser. El método comprende las siguientes etapas: (1) una fase cerámica de alto punto de fusión y alta dureza se coloca en una tolva de un alimentador automático de polvo; (2) se evita que la fase cerámica se oxide a alta temperatura; (3) un rayo láser enfocado y una boquilla de polvo del alimentador automático de polvo se colocan en un área de calentamiento inducido para combinar una fuente de calentamiento láser y una fuente de calentamiento inducido; (4) el espacio móvil es del 80 al 20 por ciento del diámetro de un punto de luz láser; y (5) el trabajo se finaliza. El método tiene las ventajas de que: la profundidad de inyección de la fase cerámica es alta en un material base; el contenido porcentual en volumen es alto; los componentes químicos del recubrimiento de metal-cerámica y el material base se encuentran en una transición de gradiente lenta; la pérdida por combustión de la fase cerámica es baja en el proceso de fundido por fusión de material compuesto inducido por láser; el recubrimiento de metal-cerámica obtenido tiene una serie de excelentes propiedades, tales como organización densa, alta dureza, alta tenacidad, alta resistencia al desgaste, sin agujeros de aire ni grietas y similares.

El documento CN103484852 divulga según el resumen un método para preparar una capa de desgaste de carburo cementado WC (carburo de wolframio) sobre una superficie de un estabilizador de herramienta de perforación de petróleo mediante revestimiento por láser. Se forma una capa de transición de fondo resistente que tiene una buena enlace metalúrgico con una matriz en la superficie de una carcasa en una forma de recubrimiento por fusión a través de un escaneo láser rápido usando un láser de alta potencia y una mezcla de polvo de aleación de WC esférico y Ni-Cr-B-Si, que es resistente al desgaste y tiene una excelente resistencia a la corrosión, se prepara en la superficie de la aleación de fondo a través de revestimiento por láser. La potencia, la posición, la forma y similares de un rayo láser del método se pueden controlar con precisión, el área selectiva o incluso el recubrimiento de fusión de microárea es fácil de realizar, la tasa de dilución de los componentes de recubrimiento es baja, el grosor de recubrimiento se puede controlar con precisión, se adopta un tratamiento de tipo sin contacto, y el control automático es fácil de realizar en todo el proceso; además, un proceso de revestimiento por láser no contamina el medio ambiente, está libre de radiación y es de bajo ruido, tiene las características de que la productividad es alta, el consumo de energía es bajo, el margen de mecanizado de capa de revestimiento es pequeño, la tasa de producto terminado es alta, el coste integral es bajo y similares, y se puede aplicar ampliamente.

El documento US2014272446 divulga según el resumen artículos que comprenden revestimientos resistentes al desgaste. Un artículo descrito en esta memoria, en algunas realizaciones, comprende un sustrato metálico y un revestimiento adherido al sustrato, el revestimiento incluye una capa compuesta de matriz metálica que comprende al menos una loseta de partículas duras que tiene una estructura de poros infiltrada con matriz metálica o matriz de aleación. La infiltración de la estructura porosa de la loseta de partículas duras por parte del metal o la aleación de la matriz puede hacer que la loseta sea completamente densa o sustancialmente completamente densa.

El documento US6146476 divulga según el resumen una herramienta de corte que tiene un cuerpo de herramienta y cuchillas enlazadas metalúrgicamente al cuerpo de herramienta. Las cuchillas se forman desde el láser hasta el cuerpo de la herramienta, teniendo cada cuchilla un filo cortante formado sobre la misma.

Hasta ahora se han utilizado varios métodos para depositar capas resistentes al desgaste sobre sustratos metálicos, incluyendo técnicas de rociado térmico, rociado y fusión, y revestimiento por láser. El rociado térmico se utiliza principalmente para la aplicación de materiales de alto rendimiento como metales, aleaciones, polímeros, cerámicas y cermets sobre materiales base más fáciles de trabajar y menos costosos. La técnica implica esencialmente fundir o ablandar térmicamente una fuente de material de recubrimiento por medio de una fuente de calor y acelerar las partículas del material de recubrimiento calentado hacia el sustrato. El impactar con el material base, se forma una "salpicadura", que se amolda a las irregularidades en la superficie del material base preparado previamente, formando un enlace de tipo mecánico encajado por forma a la superficie del sustrato. Se produce un recubrimiento mediante el movimiento del material base, el aparato de rociado o ambos hasta que se logra el grosor y el área de recubrimiento requeridos. Los grosores de depósito típicos oscilan entre 50 y 2000 micrómetros, dependiendo de los materiales y el proceso utilizado.

La calidad de los recubrimientos producidos usando procesos de rociado térmico está influenciada por un número de factores que incluyen la velocidad de las partículas fundidas al impactar, la temperatura de las partículas durante su trayectoria y al impactar, la morfología y composición del material que se aplica, la química y el ambiente térmico experimentados por las partículas durante el vuelo y al impactar con el material base, y las propiedades del material base mismo. Las características también variarán según la tecnología particular de rociado térmico utilizada, ejemplos de los cuales incluyen rociado de alambre de combustión, rociado de polvo de combustión, combustible de oxígeno de alta velocidad, pistola de detonación, rociado de alambre de arco eléctrico y sistemas de rociado de plasma de arco eléctrico.

Una ventaja de las técnicas de rociado térmico sobre los métodos más tradicionales de recubrimiento y reparación de superficies es que generalmente se consideran procesos de deposición "en frío", en el sentido de que el material base en la mayoría de los casos no supera temperaturas de alrededor de 200 °C. Esto permite el recubrimiento de sustratos que típicamente se considerarían no revestibles o irreparables mediante soldadura y otros procesos de alta temperatura. Sin embargo, estas técnicas están sujetas a una serie de desventajas inherentes que incluyen fuerzas de enlace relativamente bajas, niveles de óxido y porosidad relativamente altos con la consiguiente vulnerabilidad a la corrosión y, en particular, tensiones residuales relativamente altas dentro de los recubrimientos.

Estas tensiones residuales pueden afectar en gran medida los niveles umbral de deformación hasta fractura del recubrimiento depositado y, por lo tanto, la capacidad de aguante de carga del recubrimiento y el grosor máximo del recubrimiento antes del desarrollo de grietas y deslaminación. Estas limitaciones hacen que esta técnica no sea adecuada para aplicaciones en las que es probable que se produzcan cargas elevadas, impactos o condiciones corrosivas severas. Hasta cierto punto, estos factores pueden mejorarse al aumentar las velocidades de las partículas durante el proceso de deposición. Sin embargo, los problemas inherentes que surgen de la oxidación y la naturaleza aleatoria de las tensiones internas dentro de los recubrimientos aplicados permanecen en un grado significativo. El proceso también es relativamente ineficiente, con una eficiencia de deposición a menudo tan baja como el 30 % y, en el mejor de los casos, solo alrededor del 70 %.

Las técnicas de rociado y fusión típicamente logran una capa resistente al desgaste al depositar primero una aleación autofundente, generalmente de Ni, Co o FE con adiciones de Si o B, a través de un proceso de rociado térmico del tipo descrito anteriormente sobre un metal base adecuadamente preparado y subsiguientemente calentar y fusionar el depósito con el metal base, para así formar un enlace metalúrgico. Los grosores de depósito típicos oscilan entre 50 y 3000 micrómetros. Debido a que el punto de fusión de las aleaciones autofundentes es sustancialmente más bajo que el del metal base que se recubre, durante el proceso de fusión no se requiere la fusión del metal base y se logra un enlace metalúrgico mediante un mecanismo de aleación/cohesión intergranular. En consecuencia, hay poca o ninguna dilución con el material base.

Sin embargo, antes de que se pueda lograr la fusión, se requiere calentar las áreas adyacentes a una temperatura relativamente alta y esto generalmente se logra con sopletes de calentamiento. La fusión por rociado en aplicaciones a gran escala generalmente requiere una operación posterior a la fusión, que involucra personal altamente experimentado vestido con ropa protectora contra el calor y cascos. El proceso consiste en precalentar el área previamente recubierta a temperaturas superiores a 700 °C y luego aplicar calor adicional a temperaturas superiores a la temperatura de fusión de la aleación de rociado y fusión, que típicamente oscila entre 950 °C y 1250 °C, según la aleación en particular depositada, con el fin de fundir y fusionar el material de recubrimiento, para que se humedezca y se adhiera al sustrato de metal. Calor insuficiente durante este proceso dará como resultado una fuerza de enlace inferior, mientras que calor excesivo puede hacer que el recubrimiento se vuelva demasiado líquido y se caiga o se corra. Después de la fusión, la velocidad de enfriamiento generalmente debe reducirse, por ejemplo, por medio de un medio aislante, para minimizar el riesgo de agrietamiento. Por lo tanto, se involucran conocimientos técnicos y experiencia considerables, y el proceso requiere relativamente mucho tiempo y mano de obra.

Aunque las aleaciones autofundentes típicamente utilizadas son relativamente resistentes a la oxidación y evitan en gran medida la necesidad de atmósferas especiales, el proceso está sujeto a varias desventajas inherentes. En primer lugar, es fundamentalmente un proceso de dos etapas, que generalmente requiere que el material de recubrimiento se aplique primero en una cabina de rociado térmico dedicada y que el proceso posterior a la fusión se realice posteriormente en un área de fusión dedicada por separado. Por lo tanto, el proceso requiere mucho tiempo, es costoso, requiere amplios conocimientos técnicos y, en aplicaciones a mayor escala, requiere la participación de múltiples personas. El éxito o fracaso del proceso depende en gran medida del operador. El amplio grado de calentamiento requerido consume mucha energía y crea un entorno de trabajo potencialmente peligroso. Además, las temperaturas alcanzadas durante las operaciones de precalentamiento y fusión pueden afectar negativamente a cualquier tratamiento térmico aplicado previamente al componente o sustrato subyacentes.

Las técnicas de revestimiento con láser utilizan la energía de un rayo láser para formar una capa enlazada metalúrgicamente sobre la base de metal. Los láseres que pueden usarse para este propósito incluyen CO², Nd:YAG, Nd:YVO4, láseres de diodo, disco y fibra.

Este sistema proporciona una serie de ventajas sobre otras técnicas, incluido el ajuste de energía altamente variable, fuertes enlaces metalúrgicos, menor dilución con el metal base, zonas más pequeñas afectadas por el calor, menos efectos nocivos del calor en el material base y la capa depositada, distorsión mínima y altas tasas de calentamiento y enfriamiento que dan como resultado microestructuras relativamente finas y fases metaestables.

Una forma de esta técnica que es particularmente ventajosa en aplicaciones que requieren resistencia al desgaste abrasivo y erosivo, es el revestimiento simultáneo de una matriz de aleación y partículas de fase dura para producir una microestructura compuesta en la que las partículas de fase dura conservan su integridad en una matriz dúctil. Esta estructura se denomina generalmente compuesto de matriz metálica ("MMC"). En ambientes abrasivos y erosivos, el material de matriz dúctil primero se desgasta, hasta que no hay suficiente material de matriz que encapsule las partículas de fase dura, momento en el que se eliminan las partículas de la fase dura. Por lo tanto, son las áreas dentro de una capa de MMC depositada con una distribución porcentual desigualmente baja de partículas de fase dura las que tendrán una mayor tasa de desgaste y, en última instancia, limitarán el rendimiento general. Tales áreas constituyen el "eslabón débil de la cadena" de los recubrimientos superficiales de este tipo.

En consecuencia, los beneficios potenciales completos de las técnicas de revestimiento por láser a menudo no se realizan en la práctica y se reflejan en el rendimiento del mundo real.

Se ha encontrado que una forma de la invención se adapta particularmente bien para su uso en conexión con perforadoras de percusión de fondo (DTH). Como sabrán bien los expertos en la técnica, tales perforadoras se unen al extremo inferior de una sarta de perforación, para inducir una acción de percusión neumática análoga a la de un martillo neumático. Esta rápida acción de percusión, junto con la rotación y la presión hacia abajo aplicada al conjunto de perforación, rompe la roca dura en pequeños fragmentos, escamas y polvo, que son expulsados de la barrena por el aire que sale del mecanismo de percusión DTH. Dichos mecanismos aceleran en gran medida la perforación a través de rocas duras, incluso cuando se utilizan en conexión con plataformas de perforación tipo drillcat relativamente pequeñas y portátiles.

Sin embargo, si bien son muy eficaces para la perforación de rocas, se ha descubierto que las perforadores de percusión DTH se someten a un desgaste erosivo relativamente rápido y, a menudo, prematuro, particularmente en ciertos lugares, incluidos los bordes de ataque del subconjunto superior, la carcasa y el portabarrenas de transmisión, y el diámetro de faldón de las barrenas. También se ha descubierto que se produce un desgaste rápido en áreas de la carcasa sometidas a la acción de sujeción de la máquina perforadora que permite el movimiento de torsión de la carcasa y el subconjunto superior o portabarrenas en direcciones opuestas, para aflojar o apretar el subconjunto superior o portabarrenas con respecto a la carcasa. Una vez que el desgaste se vuelve excesivo, el conjunto de perforación con percusión DTH debe retirarse y reemplazarse o reacondicionarse. Esto en sí mismo es un proceso lento y costoso. Sin embargo, también es una interrupción importante para la operación de perforación. Por lo tanto, incluso reducciones modestas en las tasas de desgaste pueden ser comercialmente significativas en este contexto.

Un objeto de la invención es superar o mejorar sustancialmente una o más de las desventajas o limitaciones de la técnica anterior, o al menos proporcionar una alternativa útil.

Compendio

Algunos ejemplos de realizaciones de la tecnología descrita se exponen en las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, en un primer aspecto, se proporciona un método para revestir una superficie de un artículo, como se establece en la reivindicación 1.

Como se describe con mayor detalle a continuación, la etapa de alimentar la materia prima a la superficie del artículo se logra preferiblemente mediante el uso de un sistema o mecanismo de alimentación dedicado, denominado en esta memoria fuente de alimentación. De manera similar, la etapa de calentar la materia prima y la superficie del artículo se lleva a cabo preferiblemente con el uso de un sistema o mecanismo de calentamiento dedicado, denominado en esta memoria fuente de calor.

Preferiblemente, el artículo se dispone para que pueda moverse con respecto a las fuentes de alimentación y de calor. En algunas realizaciones, el artículo se monta de manera liberable en una estación de trabajo (por ejemplo, una mesa de trabajo), en donde la estación de trabajo se puede mover selectivamente con respecto a las fuentes de alimentación y calor. En otras realizaciones, las fuentes de alimentación y calor se pueden mover selectivamente con respecto a la estación de trabajo/artículo. En ciertas realizaciones, las fuentes de alimentación y calor y la estación de trabajo/artículo se pueden mover de manera selectiva e independiente para proporcionar la posición, orientación y espaciamiento deseados entre los componentes respectivos.

En algunas realizaciones, la estación de trabajo se configura para permitir el movimiento lineal de la estación de trabajo, para efectuar así un movimiento correspondiente del artículo montado en la misma. Por ejemplo, la estación de trabajo puede adaptarse para moverse a lo largo de cada uno de los ejes de coordenadas cartesianas (es decir, ejes x, y, z). En otras realizaciones, el artículo se puede montar de forma rotatoria en la estación de trabajo, lo que permite que el artículo rote sobre uno o más ejes. En tal

En algunas realizaciones, la estación de trabajo se configura para permitir el movimiento lineal de la estación de trabajo, para efectuar así un movimiento correspondiente del artículo montado en la misma. Por ejemplo, la estación de trabajo puede adaptarse para moverse a lo largo de cada uno de los ejes de coordenadas cartesianas (es decir, ejes x, y, z). En otras realizaciones, el artículo se puede montar de forma rotatoria en la estación de trabajo, lo que permite que el artículo rote sobre uno o más ejes. En tales realizaciones, la estación de trabajo también puede adaptarse para moverse a lo largo de cada uno de un conjunto de ejes de coordenadas cartesianas (es decir, ejes x, y, z), o para movimiento lineal dentro de un plano (por ejemplo, plano x-y), facilitando así el movimiento (y posicionamiento) del artículo en relación con la fuente de alimentación y de calor.

En algunas realizaciones, el artículo se monta en la estación de trabajo en una orientación sustancialmente horizontal (es decir, de manera que el eje longitudinal del artículo se extienda a lo largo de un plano sustancialmente horizontal). En otras realizaciones, el artículo se monta en la estación de trabajo en una orientación sustancialmente vertical (es decir, de manera que el eje longitudinal del artículo se extienda a lo largo de un plano sustancialmente vertical). En algunas realizaciones, el artículo se monta en la estación de trabajo de modo que el eje longitudinal del artículo se incline con respecto al eje de la estación de trabajo (por ejemplo, con respecto a un plano horizontal o vertical).

Preferiblemente, un medio de control se asocia operativamente y en comunicación con la estación de trabajo para controlar el movimiento de la estación de trabajo. Los medios de control pueden incluir una unidad controlada numéricamente por ordenador (CNC), que permite programar el movimiento de la estación de trabajo para que se ejecute automáticamente a lo largo de una ruta deseada. En algunas realizaciones, los medios de control también pueden configurarse operativamente para controlar el movimiento de las fuentes de alimentación y calor en relación con el artículo y/o la estación de trabajo.

En algunas realizaciones, el artículo se forma por un metal, cerámica o polímero. En algunas realizaciones, la superficie del artículo sobre el que se forma la capa de recubrimiento adherida es una superficie sustancialmente plana o una superficie irregular (con un perfil de superficie regular o irregular). En otras realizaciones, la superficie del artículo sobre el que se forma la capa de recubrimiento enlazada es una superficie curva (por ejemplo, una superficie convexa o una superficie cóncava). La superficie puede ser una superficie interior o una superficie exterior del artículo.

En realizaciones preferidas, el artículo es una herramienta o parte de una herramienta. En una realización particularmente preferida, el artículo es una perforadora de percusión de fondo (DTH) accionada neumáticamente.

En algunas realizaciones, la etapa de calentar la materia prima incluye el uso de al menos una fuente de calor. La fuente de calor, o cada una, es preferiblemente en forma de láser. En ciertas realizaciones, la fuente de calor se puede adaptar para calentar la materia prima durante el tránsito desde el punto en el que deja o sale por una salida del mecanismo de alimentación hasta que la materia prima alimentada alcanza la superficie del artículo (es decir, a lo largo del camino de trayectoria de la materia prima), y opcionalmente durante un período predeterminado después de que la materia prima alimentada entre en contacto con la superficie del artículo.

En algunas realizaciones, el láser se selecciona del grupo, que incluye, entre otros, láseres de CO², láseres de Nd:YAG, láseres de Nd:YVO4, láseres de Nd:YAG bombeados por diodos, láseres de diodo, láseres de disco y láseres de fibra.

Preferiblemente, el láser tiene una potencia de salida predeterminada. El láser tiene preferiblemente medios de ajuste para ajustar, controlar y configurar selectivamente la potencia de salida del láser.

En ciertas realizaciones preferidas, el láser tiene una potencia de salida dentro del intervalo de aproximadamente 3 kW a 20 kW. En una realización particularmente preferida, el láser tiene una potencia de salida dentro del intervalo de aproximadamente 4 kW a 10 kW. Por supuesto, los expertos en la técnica pertinente apreciarán que la invención no se limita a aplicaciones con un láser que tenga los parámetros de potencia enumerados anteriormente, sino que puede seleccionarse para que tenga los requisitos de potencia necesarios para una aplicación de revestimiento particular.

Preferiblemente, el láser puede configurarse selectivamente para producir una potencia o energía de salida que limita la medida en que el láser funde la superficie del artículo, a una profundidad máxima predeterminada.

La fuente de calor (láser) se adapta para proporcionar un rayo láser con una energía predeterminada para calentar y fundir simultáneamente una parte de la superficie metálica del artículo y la materia prima suministrada por separado (polvo o material de alambre) para formar un baño de fusión. El láser funde preferiblemente la superficie del artículo hasta una profundidad aproximadamente predeterminada, formando así una zona de enlace fundida en la superficie del artículo. La materia prima tiene preferiblemente las propiedades químicas deseadas de modo que la materia prima fundida y la zona de enlace, dentro del baño de fusión, se unen para formar una capa resistente al desgaste enlazada metalúrgicamente sobre la superficie de la base metálica.

En otras variaciones y realizaciones preferidas, la fuente de alimentación se puede adaptar para alimentar la materia prima de alimentación desde una posición ubicada detrás del rayo láser, por lo que la materia prima de alimentación se alimenta directamente al baño fundido generado por el rayo láser y no pasa a través del rayo láser conforme se traslada hacia la superficie. Se ha observado que tales realizaciones pueden proporcionar ventajas en términos de proporcionar un rayo láser ininterrumpido a la superficie del artículo, por lo que el efecto total o la energía del rayo láser alcanza y es absorbido por la superficie y, por lo tanto, mejora la eficiencia con la que se calienta la superficie.

Ventajosamente, en realizaciones preferidas, la fuente de calor láser se configura para fundir la superficie del artículo a una profundidad predeterminada para minimizar la dilución de la materia prima de alimentación, manteniendo así sustancialmente las propiedades materiales iniciales de la materia prima de alimentación durante la formación de la capa de recubrimiento resistente al desgaste. Las propiedades materiales de la materia prima de alimentación incluyen, por ejemplo, su composición y dureza. En este contexto, la dilución geométrica se define como la relación entre la profundidad de revestimiento en el sustrato y la altura total de revestimiento. En algunas realizaciones, se pueden lograr ventajosamente tasas de dilución de menos del 5 % con el proceso de revestimiento por láser descrito en esta memoria, sujeto a un control adecuadamente preciso de los parámetros del láser dentro de un intervalo de procesamiento estrecho. Sin embargo, las tasas de dilución dentro de un intervalo de aproximadamente 5 % y 10 % son más típicas.

En algunas realizaciones, un mecanismo de enfoque óptico, como una lente o un conjunto de dos o más lentes, se asocia operativamente con el láser para dirigir y enfocar el rayo láser sobre el área o parte deseada de la superficie del artículo. En ciertas realizaciones, el láser tiene un diámetro de punto de haz mínimo en el intervalo de aproximadamente 2 mm a 20 mm.

En algunas realizaciones, la fuente de alimentación comprende un mecanismo de alimentación que incluye una boquilla de alimentación, estando asociada operativamente la boquilla de alimentación con un depósito de la materia prima, por ejemplo a través de una línea de alimentación, conducto o manguera.

En algunas realizaciones, la boquilla de alimentación se adapta para dirigir la materia prima de alimentación a lo largo de un eje o plano que se extiende en una dirección ortogonal, inclinada o paralela con respecto a la superficie del artículo (por ejemplo, la boquilla de alimentación puede alimentar la materia prima a lo largo de un eje dentro del intervalo de 0 a 90 grados, relativo a la superficie del artículo). En ciertas realizaciones preferidas, la boquilla de alimentación es una boquilla coaxial adaptada para dirigir la materia prima de alimentación a lo largo de un eje alineado sustancialmente coaxialmente con el eje del rayo láser. En otras realizaciones preferidas, la boquilla de alimentación es una boquilla lateral adaptada para alimentar la materia prima de alimentación desde una posición adyacente al rayo láser. En ciertas realizaciones preferidas, el ángulo relativo de incidencia de la materia prima alimentada desde la boquilla de alimentación puede ser constante o puede variar. El ángulo de ataque también puede variar entre una pasada del mecanismo de alimentación a través de la superficie del artículo y la siguiente pasada.

En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación se puede mover selectivamente con respecto a la superficie del material base. En ciertas realizaciones, el mecanismo de alimentación se adapta para el movimiento selectivo a lo largo de un conjunto de ejes de coordenadas cartesianas (por ejemplo, movimientos del eje X, Y y/o Z). Preferiblemente, el mecanismo de alimentación está en comunicación con un controlador para controlar y ajustar selectivamente la posición del cabezal de boquilla con respecto a la superficie del artículo.

En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación/boquilla se adapta para alimentar por gravedad la materia prima hacia la superficie del artículo (por ejemplo, a través de una tolva). En otras realizaciones, el mecanismo de alimentación/boquilla se adapta para la alimentación presurizada de la materia prima hacia la superficie del artículo. Preferiblemente, dichos sistemas alimentados a presión se usan junto con materia prima particulada que se arrastra y dirige hacia la superficie del artículo, a través de la boquilla de alimentación dentro de una corriente de gas.

En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación se adapta para permitir la deposición de capas graduadas funcionalmente en una sola pasada o etapa a través de la superficie del artículo. En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación tiene al menos dos boquillas de alimentación para depositar una capa de recubrimiento de doble graduación en una sola pasada. En algunas realizaciones, las dos o más boquillas de alimentación pueden ser dispositivos de boquilla estructuralmente separados. En otras realizaciones, las dos o más boquillas de alimentación pueden ser parte de una unidad integrada de boquilla única, doble o de múltiples boquillas.

En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación comprende una primera boquilla de alimentación adaptada para depositar una primera materia prima de alimentación y una segunda boquilla de alimentación adaptada para depositar una segunda materia prima de alimentación. Preferiblemente, la primera boquilla se adapta para depositar la primera materia prima de alimentación directamente sobre la superficie del artículo para formar una subcapa primaria del recubrimiento, y la segunda boquilla se adapta para depositar la segunda materia prima de alimentación sobre la primera subcapa para formar una subcapa secundaria del recubrimiento.

En algunas realizaciones, la primera materia prima de alimentación se contiene en un primer depósito o contenedor, estando la primera boquilla de alimentación en comunicación y asociada operativamente con el primer depósito de manera que la primera materia prima de alimentación puede alimentarse a través de la primera boquilla de alimentación. En algunas realizaciones, la segunda materia prima de alimentación se contiene en un segundo depósito o contenedor, estando la segunda boquilla de alimentación en comunicación y asociada operativamente con el segundo depósito de manera que la segunda materia prima de alimentación puede alimentarse a través de la segunda boquilla de alimentación. En otras realizaciones, las boquillas primera y segunda están ambas en comunicación con un único depósito de materia prima de alimentación, por lo que se utiliza la misma materia prima de alimentación para las subcapas primaria y secundaria.

Mediante la incorporación de más de una boquilla de alimentación y la entrega de diferentes materias primas de alimentación al baño de fusión, a través de las respectivas boquillas, las estructuras de recubrimiento depositadas se pueden adaptar ventajosamente para adaptarse a los requisitos de aplicaciones particulares (por ejemplo, propiedades de resistencia al desgaste deseadas). En ciertas realizaciones, el grosor de cada una de las subcapas del recubrimiento puede controlarse mediante la velocidad de alimentación respectiva de la boquilla asociada, y puede tener el mismo grosor entre sí o variar con respecto al grosor de la otra subcapa.

Para lograr la cobertura de la capa de recubrimiento a lo largo de un área deseada de la superficie del artículo, los cordones depositados se superponen con los cordones depositados previamente. Los cordones depositados se superponen en una medida dentro del intervalo del 75 % al 95 % de la anchura del cordón. En algunas realizaciones preferidas, el paso/solapamiento está dentro del intervalo de aproximadamente 40 % a 60 % de la anchura del cordón, con el grosor/altura deseados de la capa logrado con cada cordón. Se ha encontrado que se requiere una energía específica de aproximadamente 22 julios/mm2 para producir una capa bien enlazada. También se ha encontrado que un paso reducido/superposición de cordón aumentada dentro del intervalo del 75 % al 95 % proporciona ventajas particulares en términos de mejoras en las propiedades de revestimiento (incluyendo resistencia al desgaste mejorada) de la capa de recubrimiento.

En algunas realizaciones, la fuente de calor (láser), junto con el dispositivo de movimiento de componente (por ejemplo, la mesa de trabajo), se configura de tal manera que se deposita o aplica un cordón o pista de recubrimiento a la superficie a una velocidad de traslación predeterminada, siendo la velocidad o la tasa a la que se traslada el láser (y, por tanto, el baño de fusión) con respecto a la superficie del artículo; es decir, la velocidad de movimiento del rayo láser a lo largo o sobre la superficie del artículo. En ciertas realizaciones, la velocidad de traslación de los depósitos de revestimiento por láser se determina con referencia a la potencia de salida del láser. Por ejemplo, para un láser de alta potencia con una potencia de salida en el intervalo de 4 kW a 10 kW, las velocidades de traslación generalmente se establecen en el intervalo de 500 mm/min a 2000 mm/min. Este intervalo de velocidad es típico para permitir que el material base y el material de alimentación se fundan y se fusionen lo suficiente para formar una capa fuerte enlazada metalúrgicamente. Sorprendente y ventajosamente, sin embargo, se ha descubierto que se pueden lograr propiedades de revestimiento mejoradas (incluida la resistencia al desgaste mejorada) aumentando la velocidad de traslación y simultáneamente disminuyendo el paso/aumentando la superposición de los cordones dentro del intervalo de 75 % a 95 %. Se ha encontrado que una mayor velocidad de traslación dentro del intervalo de 4000 mm/min a 40 000 mm/min proporciona ventajas particulares en términos de mejoras en las propiedades de revestimiento (incluyendo una mejor resistencia al desgaste) de la capa de recubrimiento.

En algunas realizaciones, la capa de deposición láser graduada funcionalmente puede tener una superposición de cordones superior al 50 %. En algunas realizaciones preferidas, la capa de deposición láser graduada funcionalmente puede tener una superposición de cordones dentro del intervalo de aproximadamente 50 % a 95 %. En una realización particularmente preferida, proporcionada a modo de ejemplo únicamente, la capa de deposición láser graduada funcionalmente tiene una superposición de cordones de aproximadamente el 85 %.

Los expertos en la técnica pertinente apreciarán que la materia prima puede seleccionarse basándose en propiedades químicas predeterminadas para facilitar la coalescencia, la fusión, la mezcla y/o el enlace con el material base del artículo. En algunas realizaciones, la materia prima de alimentación es un material en polvo. En algunas realizaciones, la materia prima de alimentación es un material de alambre. Preferiblemente, la materia prima de alimentación es metálica. En realizaciones preferidas en las que tanto el artículo como la materia prima se hacen de metal, el proceso de revestimiento por láser forma ventajosamente una fuerte capa de recubrimiento resistente al desgaste enlazada metalúrgicamente sobre la superficie del artículo.

La materia prima es en forma de compuesto de matriz metálica (MMC). Un materia prima formada por MMC es particularmente ventajosa debido a sus características de resistencia potencialmente alta al desgaste abrasivo y erosivo.

La composición del MMC incluye un material de matriz y un material endurecedor o reforzador disperso dentro del material de matriz.

En algunas realizaciones, el material de matriz es un metal. Preferiblemente, el material de matriz es un material resistente al desgaste. En ciertas realizaciones, el material de matriz es un material en partículas, granulado o en polvo. En algunas realizaciones, el material de matriz se forma por partículas que tienen un tamaño dentro del intervalo de aproximadamente 15 gm a 200 gm. En ciertas realizaciones, el material de matriz se forma por una aleación autofundente. Por ejemplo, el material de matriz resistente al desgaste se puede seleccionar del grupo, que incluye, entre otros, níquel, cobalto y hierro. En algunas realizaciones, la aleación autofundente puede contener adiciones de boro o silicio, o similares, o combinaciones de los mismos.

En algunas realizaciones, el material de refuerzo es un material en partículas, granular, en polvo o fibroso. En ciertas realizaciones preferidas, el material de refuerzo se selecciona del grupo que incluye, entre otros, carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de cromo, carburo de niobio, carburo de silicio, carburo de vanadio y carburo de boro. En algunas realizaciones, el material de refuerzo se forma por partículas que tienen un tamaño dentro del intervalo de aproximadamente 1 gm a 350 gm, más preferiblemente de aproximadamente 5 gm a 200 gm.

En algunas realizaciones, el MMC comprende aproximadamente del 5 al 90 por ciento en peso de material de matriz (es decir, fase aglomerante) y del 10 al 95 por ciento en peso de material de refuerzo (es decir, partículas de fase dura).

En realizaciones preferidas, el MMC permite ventajosamente el revestimiento simultáneo de una aleación de matriz y partículas de fase dura, produciendo una microestructura compuesta en la que las partículas de fase dura conservan su integridad en una matriz dúctil circundante. En una realización preferida, la capa de material compuesto de matriz metálica (MMC) se forma por carburo de tungsteno, en una matriz de aleación autofundente a base de níquel, y se deposita con una fuente de calor láser.

En ciertas realizaciones, se prefiere una aleación autofundente a base de níquel o cobalto para el material de matriz, debido a sus temperaturas de fusión más bajas y menor influencia reactiva asociada sobre las partículas de carburo, así como excelentes características de humectación con las partículas de carburo y el metal base.

En realizaciones preferidas, se prefiere el carburo de tungsteno para las partículas de fase dura debido a su alta dureza, alto punto de fusión y bajo coeficiente de expansión térmica. El carburo de tungsteno también es ventajoso ya que muestra una buena humectabilidad con metales fundidos. Una desventaja del carburo de tungsteno se relaciona con el hecho de que tiene un bajo calor de formación, lo que hace que los metales fundidos lo disuelvan fácilmente. Por lo tanto, es importante que el carburo de tungsteno se someta al mínimo grado de energía térmica posible. Las realizaciones preferidas de la presente invención permiten ventajosamente el uso de una fuente de calor adaptada de modo que la capa depositada previamente y el material base estén sometidos a una energía térmica específica más baja mediante el uso de mayores velocidades de traslación de la fuente de calor a través de la superficie del artículo.

En algunas realizaciones, las partículas de fase dura y la aleación de matriz se pueden mezclar para formar una composición con los porcentajes de peso deseados antes de suministrarse a la boquilla de alimentación/revestimiento del mecanismo de alimentación. En otras realizaciones, las partículas de fase dura y la aleación de matriz pueden suministrarse a la boquilla de alimentación/revestimiento por separado.

Se ha encontrado que, en ciertas realizaciones preferidas, alimentar las partículas de fase dura y la aleación de matriz por separado puede producir ventajosamente un depósito de MMC con una distribución sustancialmente uniforme de partículas de fase dura a través de toda la capa de recubrimiento. Esta distribución sustancialmente uniforme de partículas de fase dura dentro de una capa de MMC depositada proporciona ventajas significativas en términos de capacidad mejorada para soportar condiciones de desgaste abrasivo y/o erosivo. Se ha observado que, en las capas de recubrimiento de MMC, el material de matriz dúctil se desgasta primero. Una vez que no hay suficiente matriz que encapsule las partículas de la fase dura, estas partículas se eliminan posteriormente. En particular, se ha observado que aquellas áreas dentro de una capa depositada de MMC que tienen un porcentaje desigualmente menor de partículas de fase dura tendrán una mayor tasa de desgaste en comparación con aquellas áreas que tienen un porcentaje o concentración relativamente mayor de partículas de fase dura. Por lo tanto, las realizaciones preferidas de la presente invención que permiten formar capas de recubrimiento resistentes al desgaste revestidas por láser con una distribución sustancialmente uniforme de partículas de fase dura dentro de todo el recubrimiento proporcionan una ventaja significativa a la funcionalidad de la capa de recubrimiento descrita en esta memoria.

En algunas realizaciones, en un esfuerzo por proporcionar una distribución uniforme de partículas de fase dura dentro de una capa de MMC revestida por láser, la fuente de calor (láser), en combinación con la fuente de alimentación, se adapta para proporcionar un flujo uniforme, constante y sustancialmente continuo de materia prima al baño de fusión. Preferiblemente, se proporcionan medios de control y/o detección para monitorizar continuamente y, si es necesario, ajustar los parámetros de entrada a una o ambas fuentes de calor y alimentación de modo que se logre el flujo continuo, constante y uniforme deseado de materia prima y se mantenga en el ciclo de recubrimiento. En algunas realizaciones preferidas, la mayor velocidad de avance junto con una mayor superposición de los cordones requiere que se realicen varias pasadas antes de lograr el grosor deseado. De esta forma, el área del baño de fusión se reduce ventajosamente, con la consiguiente reducción en el tamaño del baño de fusión y el grado de agitación del baño de fusión, lo que contribuye aún más a la formación de una capa de recubrimiento con una distribución uniforme de partículas por todas partes.

Otras ventajas que surgen de las realizaciones preferidas incluyen la capacidad de producir capas de MMC, depositadas mediante revestimiento por láser, con propiedades beneficiosas, que incluyen, entre otras: reducción de la entrada de calor total (láser), tamaños medios de partículas de carburo más pequeños, mayor porcentaje de carburo arrastrado, menor descarburación y disolución del carburo, menor dilución con el material base y zonas más pequeñas afectadas por el calor.

En una realización preferida, la capa de MMC puede contener, por ejemplo, un 68 % en peso de WC y un 32 % en peso de aleación de NiBSi. Se ha observado en ensayos que un MMC que tiene estas propiedades ejemplares, cuando se usa en combinación con parámetros de revestimiento por láser adecuados, produce capas de recubrimiento que tienen propiedades y características drásticamente mejoradas en términos de rendimiento de desgaste mejorado.

En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento tiene un grosor que es proporcional al tamaño del artículo al que se aplica. Por ejemplo, el grosor de la capa de recubrimiento puede ser proporcional al grosor del artículo, o al diámetro interior o exterior del artículo. En ciertas realizaciones, la capa de recubrimiento se aplica para que tenga un grosor en el intervalo de aproximadamente 0,1 mm a 3 mm. En otras realizaciones, la capa de recubrimiento se aplica para que tenga un grosor en el intervalo de aproximadamente 5 a 100 por ciento del diámetro exterior de un artículo generalmente cilíndrico. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se aplica para proporcionar una cobertura de área en el intervalo de aproximadamente el 5 al 100 por ciento del área superficial del artículo que se está revistiendo.

También se describe un conjunto de perforadora de percusión de fondo (''DTH''), que incluye:

una carcasa,

un subconjunto superior acoplable de manera liberable con un extremo superior operativo de la carcasa;

un portabarrenas delantero (o de accionamiento) acoplable de manera liberable con un extremo inferior operativo de la carcasa; y

una barrena acoplable de manera liberable con un extremo inferior operativo del portabarrenas delantero (o de accionamiento);

en donde, al menos uno de carcasa, subconjunto superior, portabarrenas delantero y barrena (en conjunto, las "partes" del conjunto) se configura de modo que un borde de ataque respectivo de la parte respectiva tenga un diámetro menor que el de la parte adyacente del conjunto, protegiendo así el borde de ataque de esa parte del conjunto contra el desgaste.

Como se describe con más detalle a continuación, las partes del conjunto de perforadora de percusión DTH se recubren al menos parcialmente con una capa de recubrimiento MMC protectora. Se ha encontrado inesperadamente que un diámetro más pequeño en un borde de ataque de una parte del conjunto, en relación con la superficie de emparejamiento de la parte adyacente, protege ventajosamente la capa de recubrimiento en el borde de ataque, dando lugar a su vez a beneficios comerciales significativos derivados de una vida útil prolongada del conjunto de perforación, con aumentos asociados en la eficiencia de los procesos de producción (por ejemplo, menos tiempo de inactividad para mantenimiento y reparación) y ahorros en costes de capital y mano de obra relacionados.

También se describe un conjunto de perforadora de percusión de fondo ("DTH"), que incluye:

una carcasa,

en donde, al menos uno de carcasa, subconjunto superior, portabarrenas delantero y barrena (colectivamente las "partes" del conjunto) se recubre al menos parcialmente con una capa de recubrimiento protectora, protegiendo así esa parte del conjunto contra el desgaste.

Al menos una superficie de cada par de superficies de emparejamiento cara a cara adyacentes de las partes respectivas del conjunto de perforación se recubre con una capa de recubrimiento protectora. Preferiblemente, cada superficie de emparejamiento de las partes respectivas del conjunto de perforación se recubre con una capa de recubrimiento protectora. En ciertas realizaciones, se proporciona una capa de recubrimiento protectora en una o más superficies de las partes respectivas del conjunto adyacentes a la superficie de emparejamiento.

Una superficie de emparejamiento inferior de una parte del conjunto tiene un perfil o diámetro exterior más pequeño en comparación con un perfil o diámetro exterior de una superficie de emparejamiento superior de la parte adyacente del conjunto, en donde, en uso, la superficie de emparejamiento inferior más pequeña topa cara con cara con la superficie de emparejamiento superior más grande. En una realización preferida, se proporcionan tres pares de superficies de emparejamiento en las que la superficie de emparejamiento inferior de una parte tiene un diámetro exterior más pequeño en relación con el de la superficie de emparejamiento superior de la parte adyacente, en donde: un primer par de superficies de emparejamiento se proporciona entre el sub superior y la carcasa, un segundo par de superficies de emparejamiento se proporciona entre la carcasa y el portabarrenas delantero o de accionamiento, y un tercer par de superficies de emparejamiento se proporciona entre el portabarrenas delantero o de accionamiento y la barrena. En otras realizaciones, una superficie de emparejamiento inferior de una parte del conjunto tiene un perfil o diámetro exterior mayor en comparación con la superficie de emparejamiento superior de la parte adyacente del conjunto, en donde, en uso, la superficie de emparejamiento inferior más grande toca cara con cara con la superficie de emparejamiento superior más pequeña.

una carcasa que tiene una abertura superior que define una superficie de emparejamiento superior y una abertura inferior que define una superficie de emparejamiento inferior;

un subconjunto superior que tiene una espiga adaptada para recibirse de manera liberable en la carcasa a través de la abertura superior, y un resalte que tiene un extremo de ataque adaptado para hacer tope con la superficie de emparejamiento superior, limitando así la medida en que la espiga es recibida en la carcasa;

en donde el tamaño de la superficie de emparejamiento superior de la carcasa es diferente en relación con el tamaño del extremo de ataque del resalte.

La carcasa es cilíndrica y las superficies de emparejamiento superior e inferior son circulares. Preferiblemente, cada una de las superficies de emparejamiento superior e inferior tiene forma de anillo, que tiene un diámetro interior y un diámetro exterior. En algunas realizaciones, la carcasa tiene un perfil de sección transversal sustancialmente constante, de modo que los diámetros interior y exterior de la superficie de emparejamiento superior tienen el mismo tamaño que los diámetros interior y exterior de la superficie de emparejamiento inferior. En ciertas realizaciones preferidas, un extremo de ataque o inferior de la carcasa se perfila (por ejemplo, biselado o achaflanado) de manera que los diámetros interior y exterior de la superficie de emparejamiento inferior son más pequeños en relación con los diámetros interior y exterior de la superficie de emparejamiento superior.

La espiga es cilíndrica y tiene un diámetro exterior dimensionado para pasar a través del diámetro interior de la superficie de emparejamiento superior.

El resalte tiene una forma sustancialmente cilíndrica. En ciertas realizaciones, el extremo de ataque del resalte se perfila de manera que tiene un diámetro exterior más pequeño en relación con el diámetro exterior de la superficie de emparejamiento superior. El extremo de ataque perfilado del resalte es preferiblemente más pequeño que una parte de cuerpo principal del resalte. En ciertas realizaciones, el resalte se perfila por medio de un bisel, chaflán o similar formado en su extremo inferior operativo, formando el bisel o chaflán el extremo de ataque del resalte. Preferiblemente, el tamaño de la superficie de emparejamiento superior de la carcasa es mayor que el tamaño del extremo de ataque del resalte.

El conjunto de perforadora de percusión DTH tiene un portabarrenas delantero (o de accionamiento) que tiene una espiga adaptada para ser recibida de manera liberable en la carcasa a través de la abertura inferior, y un resalte adaptado para hacer tope con la superficie de emparejamiento inferior, lo que limita la extensión en la que se recibe la espiga en la carcasa;

en donde el tamaño de la superficie de emparejamiento inferior de la carcasa es diferente en relación con el tamaño del extremo de ataque del resalte.

Preferiblemente, el tamaño de la superficie de emparejamiento inferior de la carcasa es más pequeño en relación con el tamaño de la superficie de emparejamiento respectiva del resalte de portabarrenas de accionamiento. La diferencia de tamaño entre la superficie de emparejamiento inferior y la superficie de emparejamiento respectiva del resalte de portabarrenas de accionamiento la proporciona preferiblemente el perfil (por ejemplo, bisel) en el extremo inferior de la carcasa.

El resalte de portabarrenas de accionamiento tiene una superficie exterior en disminución perfilada de manera que su extremo inferior operativo es más pequeño que su extremo superior operativo. En otras realizaciones, el resalte de portabarrenas de accionamiento es generalmente cilíndrico con un bisel formado en su extremo inferior operativo.

El conjunto de perforadora de percusión DTH tiene una barrena que incorpora una espiga o husillo adaptado para ser recibido de manera liberable en el portabarrenas de accionamiento (a través de una abertura inferior en el portabarrenas de accionamiento) y un resalte de perforación adaptado para hacer tope con una superficie de emparejamiento inferior del portabarrenas de accionamiento, limitando así la medida en que la barrena es recibida en el portabarrenas de accionamiento;

en donde el tamaño de la superficie de emparejamiento inferior del portabarrenas de accionamiento es diferente en relación con el tamaño de una superficie de emparejamiento superior operativa del resalte de perforadora.

Preferiblemente, el tamaño de la superficie de emparejamiento inferior del portabarrenas de accionamiento es más pequeño en relación con el tamaño de la superficie de emparejamiento respectiva del resalte de perforadora. La diferencia de tamaño entre la superficie de emparejamiento inferior y la superficie de emparejamiento respectiva del resalte de perforadora la proporciona preferiblemente el perfil de superficie exterior en disminución del resalte de portabarrenas de accionamiento (o bisel en el extremo inferior del resalte de portabarrenas de accionamiento).

Preferiblemente, al menos una parte de uno de subconjunto superior, carcasa, portabarrenas delantero y perforadora tiene un recubrimiento depositado sobre ellos. Preferiblemente, se aplica un recubrimiento a cada resalte de subconjunto superior, carcasa, resalte de portabarrenas de accionamiento y resalte de barrena, incluso en los respectivos extremos biselados.

Preferiblemente, el recubrimiento es un recubrimiento protector tal como un recubrimiento resistente al desgaste para resistir el desgaste erosivo y abrasivo. El recubrimiento se aplica preferiblemente a la parte o partes respectivas de la perforadora de percusión DTH mediante el método de revestimiento descrito en esta memoria y según los principios y parámetros de la presente invención.

Para proteger los bordes de ataque del MMC depositado con láser, las partes individuales de la perforadora de percusión DTH (es decir, el subconjunto superior, la carcasa y el portabarrenas de accionamiento) se mecanizan preferiblemente antes del proceso de revestimiento para que los respectivos bordes de ataque tengan un menor diámetro que el diámetro de emparejamiento adyacente y se bisela hacia atrás en un ángulo con respecto al diámetro inicial original.

El bisel se configura para extenderse en un ángulo dentro del intervalo de aproximadamente 1 grado a 75 grados, con respecto al eje longitudinal de la parte respectiva. En algunas realizaciones, el diámetro del borde de ataque de las partes individuales de la perforadora de percusión DTH es más pequeño que el diámetro de la parte de emparejamiento adyacente en una cantidad dentro del intervalo entre 0,1 mm y 10 mm.

Por ejemplo, el diámetro de borde de ataque de un portabarrenas de accionamiento puede premecanizarse para incorporar un bisel que sea más pequeño que el diámetro de faldón adyacente de la barrena en aproximadamente 2 mm y que se extienda en un ángulo de aproximadamente 45 grados.

De manera similar, el diámetro de borde de ataque de la carcasa se puede premecanizar para que sea más pequeño que el diámetro de portabarrenas de accionamiento de emparejamiento adyacente, por ejemplo, aproximadamente 2 mm, biselado hacia el diámetro inicial original en un ángulo de aproximadamente 45 grados. Como otro ejemplo, el diámetro del borde de ataque del subconjunto superior puede premecanizarse para que sea más pequeño que el diámetro de carcasa de emparejamiento adyacente en aproximadamente 2 mm y biselarse de nuevo al diámetro de inicio original en un ángulo de aproximadamente 45 grados.

También se describe una perforadora de percusión de fondo ("DTH") que tiene al menos una parte con un recubrimiento depositado sobre ella mediante el método de revestimiento descrito en esta memoria y según los principios y parámetros de la tecnología revelada.

En una divulgación particularmente preferida, la capa de recubrimiento se aplica como capa protectora resistente al desgaste a una perforadora de percusión de fondo (DTH) accionada neumáticamente. Preferiblemente, el recubrimiento se aplica de forma selectiva a la perforadora de percusión DTH en posiciones discretas sobre o a lo largo de la perforadora, o sobre partes o áreas seleccionadas del conjunto de perforadora.

El recubrimiento se puede aplicar uniformemente a cada una de esas partes o posiciones de la perforadora al que se aplica el recubrimiento. En otras realizaciones, el recubrimiento se puede aplicar con mayor grosor en ciertas partes de la perforadora en relación con el grosor del recubrimiento aplicado a otras partes de la perforadora (por ejemplo, el grosor del recubrimiento en una posición particular, o en una parte particular de la perforadora se puede determinar por la extensión del movimiento erosivo o abrasivo o las condiciones a las que esa parte de la perforadora se someterá durante su vida de trabajo. Es decir, se puede emplear un mayor grosor de recubrimiento en aquellas áreas del conjunto de perforadora que se espera que estén sometidas a condiciones de trabajo más duras). En algunas realizaciones preferidas, la capa de recubrimiento protector resistente al desgaste se puede aplicar en bandas o pistas. Preferiblemente, las bandas o pistas se extienden de manera ininterrumpida generalmente continua alrededor de la perforadora, dentro del á a la que se aplica el recubrimiento. Las bandas o pistas se depositan preferiblemente para extenderse a lo largo de un camino dirigido en espiral que se superpone circunferencialmente, en donde las sucesivas pasadas (o cordones) de la banda se superponen a la banda anterior (o inmediatamente adyacente).

En algunos ejemplos, el recubrimiento protector resistente al desgaste se aplica a al menos una o más superficies exteriores de un subconjunto impulsor (portabarrenas delantero), un subconjunto superior (acoplador de martillo), una carcasa y una barrena de una perforadora de percusión DTH accionada neumáticamente.

Preferiblemente, la carcasa de la perforadora DTH comprende al menos una zona de recubrimiento auxiliar para mejorar la resistencia al desgaste de la carcasa dentro de una sección predeterminada de la carcasa. En algunas realizaciones, la carcasa tiene dos zonas de recubrimiento auxiliar para mejorar la resistencia al desgaste en dos secciones correspondientes de la carcasa. En realizaciones preferidas, la una o más zonas de recubrimiento auxiliar corresponden a ubicaciones acoplables por una abrazadera de una máquina asociada en la que se usa la perforadora DTH, mejorando así la capacidad de la carcasa para soportar el desgaste que surge del movimiento de torsión y/o deslizamiento de contacto de la carcasa con la abrazadera.

La o cada zona de recubrimiento auxiliar puede comprender una o más bandas de recubrimiento, estando separadas las bandas por una distancia predeterminada. En algunas realizaciones, cada banda tiene sustancialmente la misma anchura. En otras realizaciones, las anchuras de las bandas pueden variar entre sí. En algunas realizaciones, el espaciamiento entre las bandas puede ser igual, mayor o menor que la anchura de la banda.

La o cada zona de recubrimiento auxiliar puede comprender tres bandas, con dos regiones de espaciamiento intermedias. En algunas realizaciones, la carcasa comprende una primera zona de recubrimiento auxiliar en un extremo superior, o adyacente a este, de la carcasa y una segunda zona de recubrimiento auxiliar en un extremo inferior, o adyacente a este, de la carcasa, en donde la primera zona se posiciona de manera que se corresponda sustancialmente en ubicación a un área de sujeción superior de la máquina auxiliar (por ejemplo, una máquina para aflojar y apretar el conjunto de perforadora de percusión con respecto a la sarta de perforación o la barrena con respecto a la perforadora de percusión), y la segunda zona se coloca de manera que corresponda sustancialmente en ubicación a un área de sujeción inferior de la máquina perforadora auxiliar.

Preferiblemente, las bandas se configuran para extenderse circunferencialmente alrededor de la carcasa. En otras formas, las bandas pueden adicional o alternativamente extenderse longitudinalmente a lo largo de la carcasa.

El subconjunto superior puede tener una espiga adaptada para ser recibida de manera liberable en la carcasa a través del extremo superior, y un resalte que define una superficie de emparejamiento del extremo de ataque adaptado para hacer tope con la superficie de emparejamiento superior de la carcasa, limitando así la extensión en la que se recibe la espiga en la carcasa; en donde el recubrimiento protector se aplica a una superficie exterior del resalte. Preferiblemente, un extremo operativamente inferior del resalte del subconjunto superior tiene un perfil biselado de manera que una superficie de emparejamiento inferior del resalte tiene un diámetro menor que el diámetro de una superficie de emparejamiento superior de la carcasa.

Un extremo operativamente inferior de la carcasa puede tener un perfil biselado de modo que una superficie de emparejamiento inferior de la carcasa tenga un diámetro más pequeño en relación con el diámetro de una superficie de emparejamiento superior del portabarrenas de accionamiento.

El portabarrenas de accionamiento puede tener una espiga adaptada para recibirse de manera liberable en la carcasa a través del extremo inferior, y un resalte que define una superficie de emparejamiento del extremo de ataque adaptado para hacer tope con una superficie de emparejamiento superior de la barrena; en donde el recubrimiento protector se aplica a una superficie exterior del resalte.

Preferiblemente, el resalte del portabarrenas de accionamiento tiene un perfil de superficie exterior en disminución de manera que su superficie de emparejamiento de extremo de ataque es más pequeña que la superficie de emparejamiento superior de la barrena.

La barrena puede tener un husillo adaptado para ser recibido de manera liberable en una abertura inferior en el portabarrenas de accionamiento, y un resalte de perforadora que define la superficie de emparejamiento superior de la barrena y se adapta para hacer tope con la superficie de emparejamiento inferior del resalte del portabarrenas de accionamiento; en donde el recubrimiento protector se aplica a una superficie exterior del resalte.

En otro aspecto, se proporciona un aparato/sistema para revestir una superficie de un artículo como se establece en la reivindicación 9.

La fuente de calor se adapta para calentar simultáneamente la materia prima alimentada y la parte de la superficie del artículo de manera que la materia prima calentada y la parte de la superficie se fundan al menos parcialmente, permitiendo la formación del cordón al retirar el calor. En otras realizaciones, la fuente de calor se adapta para calentar solo la parte de la superficie del artículo, por lo que la superficie calentada hace que la materia prima alimentada se funda cuando la materia prima alimentada entra en contacto con la superficie, lo que permite la formación del cordón a medida que la temperatura de la superficie se reduce o se enfría.

También se describe una composición para revestir una superficie de un artículo, la composición incluye:

un material de matriz y un material de refuerzo, en donde el material de matriz está en una fase de aglutinante y forma aproximadamente del 10 al 95 por ciento en peso de la composición, y el material de refuerzo está en una fase de carburo y forma aproximadamente del 5 al 90 por ciento en peso de la composición.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán realizaciones preferidas de la invención, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema para el revestimiento por láser de un artículo con una capa de recubrimiento según la presente invención;

La Figura 2 es una representación esquemática de una capa revestida por láser, que tiene una superposición de cordones de aproximadamente el 50 %;

La Figura 3 es una representación esquemática de una capa revestida por láser, que tiene una superposición de cordones de aproximadamente el 85 %;

La Figura 4 es una representación esquemática de una capa de deposición por láser graduada funcionalmente, que tiene una superposición de cordones de aproximadamente el 85 %;

La Figura 5 es una vista en perspectiva esquemática y en despiece ordenado de una perforadora de percusión DTH, que tiene una capa de revestimiento por láser con propiedades, y aplicada, según la presente invención;

La Figura 6 muestra una vista en perspectiva esquemática ensamblada de una realización de una perforadora de percusión DTH modificada

La Figura 7 es una vista esquemática en perspectiva y en despiece ordenado de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6;

La Figura 8 es una vista parcial esquemática ampliada de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6, que muestra el conjunto de la carcasa y el subconjunto superior de la perforadora;

La Figura 9 es una vista esquemática ampliada del subconjunto superior de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6, que muestra el área recubierta con capa revestida por láser y un extremo de ataque biselado;

La Figura 10 es una vista parcial esquemática ampliada de la carcasa de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6, que muestra áreas recubiertas con una capa revestida por láser adicional;

La Figura 11 es una vista parcial esquemática ampliada de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6, que muestra el conjunto de la carcasa, el portabarrenas de accionamiento y la barrena;

La Figura 12 es una vista parcial esquemática ampliada de la barrena de la perforadora de percusión DTH de la Figura 6, que muestra el área recubierta con capa revestida por láser; y

La Figura 13 es una vista lateral en sección de otra realización de una perforadora de percusión DTH, que muestra el subconjunto superior, el tubo de control, la carcasa, el pistón, el casquillo guía, el portabarrenas delantero y la barrena.

Realizaciones preferidas de la invención

Haciendo referencia a los dibujos, la invención en un primer aspecto proporciona un método y un aparato para revestir la superficie de un artículo. El método es especialmente adecuado para revestir la superficie exterior de objetos metálicos como, por ejemplo, herramientas de corte, percusión, perforación y rectificado. Dichas herramientas se pueden utilizar, por ejemplo, en herramientas de percusión accionadas por energía portátiles con accionamiento presurizado por fluido, accionamiento por electromotor o accionamiento electromagnético para aplicaciones de minería o canteras. La siguiente descripción se hará con referencia a un uso particular del método de revestimiento para depositar una capa de recubrimiento resistente al desgaste en una perforadora de percusión de fondo ("DTH"), como se muestra en las Figuras 5 a 13. Sin embargo, se debe apreciar, que el método de revestimiento no se limita a esta aplicación particular, que se proporciona a modo de ejemplo ilustrativo solo para resaltar los beneficios de la presente invención.

Haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, se proporciona un aparato o sistema 1 para revestir una superficie exterior 2 de un artículo 3. El aparato 1 incluye un mecanismo de alimentación en forma de boquilla de alimentación 4 conectada operativamente, a través de tuberías o conductos adecuados (no mostrados), a un suministro de materia prima de alimentación granular o alimentado 5 contenido en un depósito o contenedor (no mostrado). La boquilla de alimentación 4 se configura para alimentar la materia prima 5 hacia una parte de destino de la superficie exterior 2 del artículo 3.

El sistema 1 incluye además una fuente de calor en forma de láser 6 para calentar la materia prima alimentada 5 y la parte de destino de la superficie 2 del artículo 3. El láser 6 tiene preferiblemente un mecanismo de control tal que el láser puede ser controlado selectivamente para producir una potencia de salida deseada adecuada para el material particular del artículo 3 a recubrir.

El láser 6 se ajusta para producir la salida de potencia deseada de modo que el material calentado y la parte de destino de la superficie se fundan al menos parcialmente, por lo que, al retirar el calor, la materia prima de alimentación fundida y la parte de la superficie se fusionan (o cooperan o interactúan) para formar una capa de recubrimiento enlazada sobre la superficie del artículo.

El artículo 1 se dispone para ser móvil en relación con las fuentes de alimentación y calor (4, 6). Para lograr este movimiento relativo, el artículo se monta de manera liberable en una estación de trabajo (no mostrada). Para artículos generalmente cilíndricos, como los componentes de la perforadora de percusión DTH, la estación de trabajo comprende un conjunto de montaje rotatorio (no se muestra) en el que se pueden montar partes componentes de manera que la rotación del conjunto de montaje provoque la rotación correspondiente del artículo o parte componente 3. El artículo 3 se monta típicamente para rotar alrededor de su eje longitudinal. Preferiblemente, el conjunto de montaje es accionado por un medio de accionamiento adecuado, como un motor eléctrico.

En algunas realizaciones como la que se muestra en la Figura 1, el artículo 1 puede tener una superficie generalmente plana o llana, y la estación de trabajo puede configurarse para permitir el movimiento lineal de la estación de trabajo, provocando así un movimiento correspondiente del artículo montado en ella. Por ejemplo, la estación de trabajo puede adaptarse para moverse a lo largo de cada uno de los ejes de coordenadas cartesianas (es decir, ejes x, y, z). Sin embargo, para facilitar la referencia, la siguiente descripción se hará con referencia a un conjunto de montaje rotatorio en el que el artículo rota durante el proceso de revestimiento.

Las fuentes de alimentación y de calor (4, 6) también se pueden mover selectivamente en relación con la estación de trabajo y el artículo 3 para proporcionar la posición, la orientación y el espaciamiento deseados entre los componentes respectivos. En particular, el artículo 3, la boquilla de alimentación 4 y la fuente de calor 6 se configuran para moverse de una manera predeterminada durante el proceso de revestimiento, de modo que la materia prima de alimentación se deposita en la superficie 2 del artículo 3 para extenderse a lo largo de un camino o patrón deseado. Para componentes cilíndricos, la materia prima de alimentación se deposita preferiblemente sobre la superficie del artículo en un camino dirigido en espiral, circunferencialmente superpuesto, en donde las sucesivas pasadas (o cordones) de la materia prima de alimentación se superponen al cordón anterior (o inmediatamente adyacente).

El movimiento de la estación de trabajo, la boquilla de alimentación 4 y el láser 6 está controlado por un mecanismo de control en forma de unidad controlada numéricamente por ordenador (CNC). La unidad CNC se adapta para permitir que la estación de trabajo rote a la velocidad deseada y que las fuentes de alimentación y de calor (4, 6) se desplacen simultáneamente a lo largo del eje longitudinal de la estación de trabajo/artículo. La unidad CNC también puede configurarse para controlar la velocidad de alimentación de la boquilla de alimentación 4 y la potencia de salida del láser 6.

Se apreciará que la materia prima de alimentación se puede seleccionar para que tenga propiedades químicas predeterminadas para facilitar la coalescencia, fusión, mezcla y/o enlace con el material base del componente o artículo a recubrir. La materia prima de alimentación es preferiblemente un material metálico en polvo, ventajosamente adaptado para formar una fuerte capa de recubrimiento resistente al desgaste enlazada metalúrgicamente sobre la superficie del artículo metálico, siguiendo el proceso de revestimiento por láser.

En la realización ilustrada, la materia prima de alimentación está en forma de material compuesto de matriz metálica (MMC), que tiene características adaptadas para proporcionar propiedades de alta resistencia al desgaste abrasivo y erosivo en la capa de recubrimiento.

La composición del MMC incluye un material de matriz y un material de refuerzo disperso dentro del material de matriz. El MMC comprende aproximadamente del 5 al 90 por ciento en peso de material de matriz (es decir, fase aglomerante) y del 10 al 95 por ciento en peso de material de refuerzo (es decir, fase de carburo).

El material de matriz está en forma de una aleación autofundente en polvo, con partículas de tamaño dentro del intervalo de aproximadamente 15 pm a 200 pm. Por ejemplo, el material de matriz se puede seleccionar del grupo, que incluye pero no se limita a esto, níquel, cobalto y hierro, que contiene preferiblemente adiciones de boro o silicio.

Se prefieren las aleaciones autofundentes a base de níquel, cobalto o hierro para el material de matriz, debido a sus temperaturas de fusión más bajas y su menor influencia reactiva asociada en las partículas de carburo, además de tener excelentes características de humectación con las partículas de carburo y el metal base.

El material de refuerzo de la fase de carburo también es un material particulado y se selecciona preferiblemente del grupo que incluye, pero no se limita a esto, carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de cromo, carburo de niobio, carburo de silicio, carburo de vanadio y carburo de boro. El material de refuerzo se forma preferiblemente por partículas que tienen un tamaño dentro del intervalo de aproximadamente 1 pm a 350 pm, más preferiblemente de aproximadamente 5 pm a 200 pm.

Se prefiere el carburo de tungsteno como partícula de fase dura debido a su alta dureza, alto punto de fusión y bajo coeficiente de expansión térmica. El carburo de tungsteno también es ventajoso ya que muestra una buena humectabilidad con metales fundidos. Una desventaja del carburo de tungsteno se relaciona con el hecho de que tiene un bajo calor de formación, lo que hace que los metales fundidos lo disuelvan fácilmente. Por lo tanto, es importante que el carburo de tungsteno se someta al mínimo grado de energía térmica posible.

El MMC permite ventajosamente el revestimiento simultáneo de una matriz de aleación y partículas de fase dura, produciendo una microestructura compuesta en la que las partículas de fase dura conservan su integridad en una matriz dúctil. En una composición preferida, la capa de material compuesto de matriz metálica (MMC) se forma por carburo de tungsteno, en una matriz de aleación autofundente a base de níquel, y se deposita con una fuente de calor láser.

En la realización ilustrada, las partículas de fase dura y la aleación de matriz se pueden alimentar por separado a la boquilla de alimentación 4, a través de tuberías de entrada 7 separadas, como se muestra en la Figura 1. En otras realizaciones, las partículas de fase dura y la aleación de matriz se pueden mezclar juntos para formar una composición con los porcentajes de peso deseados antes de ser entregados a la boquilla de alimentación/revestimiento 4 del mecanismo de alimentación.

Se ha encontrado que, en ciertas realizaciones preferidas, alimentar las partículas de fase dura y la aleación matriz por separado puede producir ventajosamente un depósito de MMC con una distribución sustancialmente más uniforme de partículas de fase dura a través de toda la capa de recubrimiento. Esto proporciona ventajas significativas en términos de capacidad mejorada para soportar condiciones de desgaste abrasivo y/o erosivo sobre las técnicas de revestimiento existentes. Se ha observado que, en las capas de recubrimiento de MMC, el material de matriz dúctil se desgasta primero. Una vez que no hay suficiente matriz que encapsule las partículas de la fase dura, estas partículas se desgastan posteriormente. En particular, se ha observado que aquellas áreas dentro de una capa depositada de MMC que tienen un porcentaje desigualmente menor de partículas de fase dura tendrán una mayor tasa de desgaste en comparación con aquellas áreas que tienen un porcentaje o concentración relativamente mayor de partículas de fase dura. Por lo tanto, las realizaciones preferidas de la presente invención que permiten formar capas de recubrimiento resistentes al desgaste revestidas por láser con una distribución sustancialmente más uniforme de partículas de fase dura en toda la superficie del recubrimiento proporcionan una ventaja significativa para la funcionalidad de la capa de recubrimiento descrita en esta memoria.

En un esfuerzo por proporcionar una distribución más uniforme de las partículas de la fase dura dentro de una capa de MMC revestida por láser, la fuente de calor (láser), en combinación con la fuente de alimentación, se adapta para proporcionar un flujo uniforme, constante y sustancialmente continuo de materia prima para baño de fusión. La unidad CNC, o control independiente y/o medios de detección, se proporciona para monitorizar continuamente y, si es necesario, ajustar los parámetros de entrada a una o ambas fuentes de calor y alimentación, de modo que se logra el flujo continuo, estable y uniforme deseado de materia prima y se mantiene durante el ciclo de recubrimiento.

Otras ventajas que surgen de los parámetros del proceso y la composición de MMC descritas en esta memoria incluyen la capacidad de producir capas de MMC, depositadas mediante revestimiento por láser, con propiedades beneficiosas, que incluyen, entre otras: reducción de la entrada de calor total del láser, tamaños medios de partículas de carburo más pequeños, mayor porcentaje de carburo arrastrado, menor descarburación y disolución del carburo, menor dilución con el material base y zonas afectadas por el calor más pequeñas.

En una realización preferida, la capa de MMC puede contener, por ejemplo, un 68 % en peso de WC y un 32 % en peso de aleación de NiBSi. Se ha observado en ensayos que un MMC que tiene estas propiedades ejemplares, cuando se usa en combinación con parámetros de revestimiento por láser predeterminados, produce capas de recubrimiento que tienen propiedades y características drásticamente mejoradas en términos de rendimiento frente al desgaste.

Haciendo referencia a la Figura 1, la boquilla de alimentación 4 se dispone aguas arriba del láser 6 y se adapta para alimentar la materia prima de alimentación 5 a lo largo de un eje o plano que está inclinado con respecto a la superficie del artículo (por ejemplo, la boquilla de alimentación alimenta la materia prima de alimentación a lo largo de un eje dentro del intervalo de 0 a 90 grados, relativo a la superficie del artículo). La boquilla de alimentación se puede adaptar para alimentar la materia prima de alimentación frente al rayo láser como se representa, por lo que la materia prima de alimentación en polvo vise traslada aja a través del rayo láser, o en otras realizaciones preferidas se puede adaptar detrás del rayo láser. Se ha observado que con la deposición de capas de MMC es beneficioso que la boquilla de alimentación se coloque detrás del rayo láser y que el material en polvo se alimente directamente al baño fundido generado por el rayo láser y no pase a través del rayo láser.

El láser 6 se adapta para emitir un rayo láser 8, a través de un mecanismo de enfoque óptico, en una dirección sustancialmente ortogonal a la superficie del artículo. El mecanismo de enfoque óptico tiene la forma de un conjunto de lentes 9 y se asocia operativamente con el láser para dirigir y enfocar el rayo láser sobre la parte área de destino deseada de la superficie 2 del artículo 3. Por ejemplo, el láser puede tener un diámetro de punto de haz mínimo en el intervalo de aproximadamente 2 mm a 20 mm.

El láser 6 se selecciona preferiblemente del grupo, que incluye pero no se limita a esto, láseres de CO², láseres de Nd:YAG, láseres de Nd:YVO4, diodo bombeado con láseres Nd:YAG, láseres de diodo, láseres de disco y láseres de fibra.

Como se anticipó, el láser 6 tiene medios de control o ajuste para ajustar, controlar y configurar selectivamente la potencia de salida del láser. El láser tiene preferiblemente una potencia de salida dentro del intervalo de aproximadamente 3 kW a 20 kW. Por supuesto, los expertos en la técnica apreciarán que la invención no se limita a aplicaciones con un láser que funciona dentro del intervalo de potencia especificado, sino que puede seleccionarse para que tenga los requisitos de potencia necesarios para la aplicación de revestimiento prevista.

Sin embargo, se ha observado que la presente invención proporciona ventajas particulares en términos de permitir el uso de una potencia de salida de láser más baja en relación con el flujo total de material de capa. Por ejemplo, el presente método de revestimiento permite ventajosamente una tasa de deposición de revestimiento por láser más rápida para una capa de un grosor predeterminado a una potencia láser dada (caudales de material más altos y velocidad de escaneo láser más rápida).

El láser 6 funde la superficie 2 del artículo 3 hasta una profundidad predeterminada, formando así una zona de enlace fundida en la superficie del artículo. La materia prima de alimentación 5 se funde simultáneamente. Las propiedades químicas predeterminadas del MMC se seleccionan de tal manera que la materia prima fundida y el sustrato metálico en la zona de enlace se unen dentro del baño de fusión para formar una capa resistente al desgaste enlazada metalúrgicamente sobre la superficie de la base metálica o sustrato.

La capacidad de controlar la profundidad a la que se funde la superficie del artículo, como se describe, reduce la dilución de la materia prima de alimentación con el metal del sustrato dentro de la zona de enlace fundida, manteniendo así sustancialmente las propiedades materiales iniciales y previstas de la materia prima de alimentación tras la formación de la capa de recubrimiento resistente al desgaste. Las propiedades materiales de la materia prima de alimentación incluyen, por ejemplo, su composición y dureza. En este contexto, la dilución geométrica se define como la relación entre la profundidad de revestimiento en el sustrato y la altura total de revestimiento. Es posible lograr tasas de dilución de menos del 5 % con el proceso de revestimiento por láser descrito en esta memoria, sujeto a un control adecuadamente preciso de los parámetros del láser dentro de un intervalo de procesamiento estrecho. Sin embargo, las tasas de dilución dentro de un intervalo de aproximadamente 5 % y 10 % son más típicas y fáciles de obtener.

Como se describe con mayor detalle a continuación, el uso de una energía calorífica específica más baja surge mediante el uso de velocidades de traslación de la fuente de calor relativamente más altas. En particular, es la velocidad de escaneo aumentada, que requiere el requisito de múltiples pasadas (paso reducido/solapamiento aumentado) para lograr el grosor deseado, lo que permite ventajosamente que se reduzca el tamaño del baño de fusión. La mayor velocidad de escaneo también reduce las pérdidas conductivas en el material base, lo que permite la menor potencia requerida para una velocidad de alimentación de material determinada. En consecuencia, y de manera ventajosa, esto permite el uso de una velocidad de alimentación de material y una velocidad de escaneo de la fuente de calor incrementadas para la misma potencia láser.

Haciendo referencia a la Figura 4, el mecanismo de alimentación 4 de esta realización se adapta para permitir la deposición de capas graduadas funcionalmente en una sola pasada o etapa a través de la superficie del artículo. El mecanismo de alimentación tiene dos boquillas de alimentación (4A, 4B) para depositar una capa de recubrimiento de doble graduación en una sola pasada.

El mecanismo de alimentación 4 de la Figura 4 comprende una primera boquilla de alimentación 4A adaptada para depositar un primera materia prima de alimentación 5A y una segunda boquilla de alimentación 4B adaptada para depositar un segunda materia prima de alimentación 5B. La primera boquilla 4A se adapta para depositar la primera materia prima de alimentación 5A directamente sobre la superficie 2 del artículo 1 para formar una subcapa primaria 10 del recubrimiento, mientras que la segunda boquilla 4B se adapta para depositar la segunda materia prima de alimentación 5B sobre la primera subcapa para formar una subcapa secundaria 11 del recubrimiento.

Mediante la incorporación de más de una boquilla de alimentación y la entrega de diferentes materias primas de alimentación al baño de fusión, a través de las respectivas boquillas, las estructuras de recubrimiento depositadas se pueden adaptar ventajosamente para adaptarse a los requisitos de aplicaciones particulares (por ejemplo, propiedades de resistencia al desgaste deseadas). El grosor de cada una de las subcapas del recubrimiento puede ser controlado por la velocidad de alimentación respectiva de la boquilla asociada, y puede tener el mismo grosor entre sí, o variar con respecto al grosor de la otra subcapa. Además, se apreciará que la capacidad de depositar capas graduadas funcionalmente en una sola pasada elimina ventajosamente el requisito de una segunda pasada, dando lugar a mejoras en la eficiencia del proceso en su conjunto, con ahorros asociados en mano de obra, tiempo y costes.

Con referencia a las Figuras 2 a 4, para lograr la cobertura de área de la capa de recubrimiento a lo largo de un área deseada de la superficie 2 del artículo 3, los cordones depositados se superponen con el cordón depositado previamente. Los cordones depositados se pueden superponer en una medida dentro del intervalo de aproximadamente 40 % a 60 % de la anchura del cordón, consiguiendo el grosor/altura deseados de la capa con cada cordón. Se ha encontrado que un paso reducido/superposición de cordón aumentada dentro del intervalo de 75 % a 95 %, cuando se combina con una mayor velocidad de traslación de la fuente de calor del láser dentro del intervalo de 4000 mm/min a 40000 mm/min, proporciona ventajas particulares en términos de mejoras en las propiedades de revestimiento (incluyendo una mejor resistencia al desgaste) de la capa de recubrimiento.

Para las capas de deposición por láser graduadas funcionalmente, como se muestra en la Figura 4, el recubrimiento puede tener una superposición de cordones superior al 50 %. En la Figura 4, la capa de deposición láser graduada funcionalmente tiene una superposición de cordones de aproximadamente el 85 %.

La fuente de calor (láser) 6 se configura de manera que se deposita o aplica un cordón o pista de recubrimiento a la superficie a una velocidad de traslación predeterminada, siendo la velocidad a la que se traslada el láser (y, por tanto, el baño de fusión) con respecto a la superficie 2 del artículo 3; es decir, la velocidad de movimiento del láser 6 a lo largo o sobre la superficie del artículo. Por ejemplo, con una potencia de salida del láser en el intervalo de 4 kW a 10 kW, las velocidades de traslación típicamente se pueden establecer dentro del intervalo de 500 mm/min a 2000 mm/min. Sin embargo, de manera sorprendente y ventajosa, se ha descubierto que se pueden lograr propiedades de revestimiento mejoradas (incluida una resistencia al desgaste mejorada) aumentando la velocidad de traslación del láser. Se ha encontrado que una mayor velocidad de traslación dentro del intervalo de 4000 mm/min a 40 000 mm/min, al mismo tiempo que disminuye el paso/aumenta la superposición de los cordones (por ejemplo, dentro del intervalo de 75 % a 95 %), proporciona ventajas particulares en términos de mejoras en las propiedades de revestimiento (incluida la resistencia al desgaste mejorada) de la capa de recubrimiento. Las mayores velocidades de traslación del láser descritas en esta memoria son beneficiosas para producir una capa de recubrimiento con una distribución uniforme sustancialmente mayor de partículas de fase dura con la capa de recubrimiento, una dilución sustancialmente menor con el material base y zonas afectadas por el calor más pequeñas.

Haciendo referencia a las Figuras 5 a 13, se muestra una realización de una perforadora de percusión de fondo ("DTH") accionada neumáticamente 12. La perforadora DTH 12 tiene componentes y regiones particulares propensos al desgaste que han sido tratados con recubrimientos resistentes al desgaste, basados en formulaciones y técnicas como se describe en esta memoria.

El recubrimiento se aplica selectivamente a la perforadora DTH 12 en posiciones discretas a lo largo de la perforadora. Haciendo referencia a la Figura 13, la perforadora DTH 12 tiene un subconjunto superior 13, un tubo de control 14, una carcasa 15, un pistón 16, un casquillo guía 17, un portabarrenas delantero 18 y una barrena 19.

En las Figuras 5 y 6, la perforadora DTH tiene el recubrimiento resistente al desgaste aplicado a regiones predeterminadas del subconjunto superior 13, la carcasa 15, el portabarrenas delantero 18 y la barrena 19.

En la realización de la Figura 5, el recubrimiento se aplica de manera sustancialmente uniforme a cada una de esas partes, zonas, posiciones o regiones de la perforadora DTH a las que se aplica el recubrimiento.

Por el contrario, en la realización de la Figura 6, el recubrimiento se aplica a las mismas partes que en la realización de la Figura 5, pero el recubrimiento en ciertas áreas tiene un grosor mayor en relación con el grosor del recubrimiento aplicado en otras partes de la perforadora. Por ejemplo, el grosor del recubrimiento en una posición particular, o en una parte particular de la perforadora, puede determinarse en función de la extensión del movimiento erosivo o abrasivo o de las condiciones a las que se espera que esté sometida esa parte de la perforadora durante su vida de trabajo. Es decir, se puede emplear un mayor grosor de recubrimiento en aquellas áreas de la perforadora que se espera que estén sometidas a condiciones de trabajo más duras.

En la Figura 6, la carcasa 15 de la perforadora DTH 12 tiene dos zonas 20 en las que se deposita un recubrimiento auxiliar 21 para mejorar la resistencia al desgaste de la carcasa en esas zonas. En la realización de la Figura 6, las dos zonas 20 del recubrimiento auxiliar 21 se posicionan para corresponder con una abrazadera (no mostrada) de una máquina perforadora asociada (no mostrada) en la que se sujeta la perforadora DTH 12, en uso. Por lo tanto, los recubrimientos auxiliares 21 mejoran la capacidad de la carcasa 15 para resistir el desgaste que surge del contacto deslizante y/o el movimiento de torsión de la carcasa contra las mordazas de la abrazadera.

Cada zona 20 del recubrimiento auxiliar 21 comprende tres bandas de recubrimiento. Cada banda se configura para extenderse de manera ininterrumpida, circunferencialmente alrededor de la carcasa. En la realización ilustrada, las bandas tienen la misma anchura y están espaciadas uniformemente por una distancia predeterminada (por ejemplo, la anchura de la banda puede ser igual a la anchura del espaciamiento entre las bandas).

Una primera zona del recubrimiento auxiliar se dispone en un extremo superior operativo, o adyacente a este, de la carcasa de manera que la primera zona se posiciona para estar sustancialmente en línea con la ubicación de las mordazas de una abrazadera superior de la máquina perforadora. Una segunda zona del recubrimiento auxiliar se dispone en un extremo inferior operativo, o adyacente a este, de la carcasa de modo que la segunda zona se posiciona sustancialmente en línea con la ubicación de las mordazas de la abrazadera inferior de la máquina perforadora.

Se ha encontrado que la longevidad del recubrimiento resistente al desgaste de MMC en los bordes de ataque de las piezas del conjunto de perforadora de percusión DTH se puede mejorar significativamente haciendo las piezas respectivas de modo que el borde de ataque de cada pieza del conjunto tenga un diámetro más pequeño, en relación con el tamaño de la superficie de emparejamiento de la pieza inmediatamente adyacente en el conjunto.

En las realizaciones ilustradas, como se ve más fácilmente en la Figura 7, el borde de ataque del subconjunto superior 13 se bisela para proporcionar la diferencia de diámetros entre las superficies de emparejamiento del subconjunto superior 13 y la carcasa 15 (véanse también las Figuras 8 y 9). De manera similar, el borde de ataque de la carcasa 15 se bisela para proporcionar la diferencia de diámetros entre las superficies de acoplamiento de la carcasa 15 y el portabarrenas delantero 18 (Figura 10). Una superficie exterior del portabarrenas delantero 18 es en disminución para proporcionar la diferencia de diámetros entre las superficies de emparejamiento del portabarrenas delantero 18 y la barrena 19 (Figura 12).

A modo de ejemplo, se proporcionan los siguientes parámetros de proceso para ilustrar las posibles ventajas de la invención. En una realización ejemplar del método de revestimiento, el aparato de movimiento se configura para mover la superficie del artículo con respecto al rayo láser a una velocidad de traslación de 5000 mm/min. Las fuentes de calor y alimentación se configuran para proporcionar una superposición de aproximadamente el 85 %. Al aumentar la velocidad de traslación y aumentar la superposición de cada cordón con el cordón anterior, la altura de revestimiento por pasada y el tamaño general del baño de fusión se reducen drásticamente, lo que minimiza el efecto de las pequeñas inconsistencias en la alimentación del polvo y reduce los efectos de la agitación de baño de fusión.

Bajo estos parámetros, el modo de enlace con el metal base también cambia. En lugar de que el rayo láser funda y mezcle directamente el material base y el polvo (como se requiere con los parámetros estándar del proceso de revestimiento por láser), el láser calienta el material base a una temperatura que permite que el boro y el silicio dentro del material matriz actúen como elementos fundentes y desoxidantes para permitir que la aleación autofundente de punto de fusión más bajo se humedezca y se fusione con el metal base y produzca un enlace metalúrgico, a través de un mecanismo de aleación/cohesión intergranular, similar al logrado con el proceso de rociado y fusión.

En pruebas experimentales realizadas con estos parámetros, se encontró que durante la deposición, era beneficioso reducir la potencia del láser a 5000 vatios. Para una pieza de prueba de 100 mm de diámetro, una mayor velocidad de rotación de 15,91 rpm (por encima de un ajuste de parámetro estándar de 4,77 rpm) redujo las pérdidas por conducción de calor en el material base, dando lugar al requisito inesperado de tener que reducir la potencia del láser necesaria para lograr la fusión deseada de la capa previamente depositada y el calentamiento del material base para lograr una capa resistente al desgaste bien enlazada y homogénea. También se encontró que se depositó una capa más gruesa para la misma tasa de alimentación de polvo total de 74 gpm.

Sin limitar el alcance o la eficacia de la invención a ninguna propuesta teórica particular, se supone que el alargamiento del baño de fusión, debido a la mayor velocidad de traslación, aumenta la eficiencia de captación del polvo inyectado. Sobre la base de estos ensayos, también se ha encontrado que al aumentar la velocidad de traslación se disminuyen las pérdidas por conducción de calor en el metal base y por lo tanto la capa depositada retiene una mayor temperatura al volver a ser irradiada por el rayo láser para el posterior depósito de material. Por lo tanto, se requiere una potencia de láser más baja para lograr la fusión deseada. Como tal, el nuevo proceso es mucho más eficiente que los procesos de revestimiento por láser existentes.

El examen metalográfico de las secciones del depósito reveló microestructuras con una distribución uniforme de partículas de WC, sin grietas, muy poca porosidad, efectos de calor perceptiblemente más bajos en las partículas de WC y una dilución geométrica que era tan pequeña que no se podía medir.

Además, se plantea la hipótesis de que podrían lograrse mayores velocidades de traslación, mayores tasas de alimentación de polvo y/o un mayor % de volumen retenido de WC.

Usando un láser de CO²de 6 kW y manteniendo el grosor de capa de MMC deseado, se aplicaron los siguientes parámetros:

Potencia láser 5.500 vatios

Diámetro del punto láser 4 mm

Velocidad de traslación 183,33 mm/s - 11.000 mm/min Paso / superposición 0,6 mm / 85 %

Altura revestida 1,2 mm

Tasa de alimentación de polvo total 110 gpm

Volumen de WC retenido 63 %

velocidad de traslación 183,33 mm/s x tamaño de punto de 4 mm 733 mm2/s

5.500 vatios de potencia de láser divididos por 733 mm2/s, da una energía

específica 7,50 julios/mm2/s

El metal base se somete directamente a una energía láser específica de 7,50

dividido por (4 mm dividido por 0,6) 1,125 julios/mm2/s

Grosor de depósito por pasada 180 micrómetros

Bajo estos parámetros ejemplares, se obtuvo un aumento de la tasa de depósito del 76 % en comparación con los parámetros de revestimiento por láser estándar.

El examen metalográfico de secciones de la capa depositada utilizando los parámetros antes mencionados reveló microestructuras con una distribución uniforme de partículas de WC, sin grietas, muy poca porosidad, efectos perceptibles de calor más bajo en las partículas de WC y una dilución geométrica que no era medible.

Se pueden lograr fácilmente capas más delgadas con este método mediante un aumento en la velocidad de traslación. Por ejemplo, aumentando la velocidad de traslación a 366,6 mm/s - 22.000 mm/min y, manteniendo todos los demás parámetros iguales, se logró un grosor de depósito de 0,6 mm (grosor de depósito por pasada de 90 micrómetros).

Los factores que influyen y dan como resultado un rendimiento mejorado contra el desgaste abrasivo y erosivo de la capa de MMC revestida por láser incluyen: el porcentaje general de partículas duras arrastradas en la capa depositada, el tamaño y la forma de las partículas duras arrastradas, la distribución de partículas duras dentro de la capa depositada, y la química y dureza de las partículas duras arrastradas. Por lo tanto, es ventajoso revestir por láser una capa de MMC de la manera descrita en esta memoria para proporcionar un alto porcentaje de partículas duras arrastradas que se distribuyen uniformemente dentro de la capa depositada, y que las partículas duras arrastradas sean de una química, tamaño y dureza que son adecuados para la aplicación.

Factores que influyen y dan como resultado un porcentaje general mejorado de partículas duras arrastradas dentro de una capa de MMC revestida por láser y la distribución de las partículas duras arrastradas dentro de la capa depositada incluyen: la precisión del proceso mediante el que las partículas duras se mezclan con la matriz material antes de ser enviado al baño de fusión, la calidad y precisión del mecanismo de alimentación, la energía específica aplicada por el láser y la naturaleza y el alcance de la agitación del baño de fusión debido a los gradientes de temperatura y el flujo convectivo dentro del baño de fusión.

Los resultados de las pruebas en varias muestras han demostrado, a través de escaneos XFM, que las realizaciones ejemplares del recubrimiento revestido por láser con un carburo de tungsteno (WC) en una matriz de níquel reducen significativamente la migración de hierro no deseada a la capa revestida en comparación con las técnicas de revestimiento existentes, independientemente de la concentración de WC.

Se apreciará que la invención en sus diversos aspectos y realizaciones preferidas proporciona una serie de ventajas. La invención se desarrolló en parte para mejorar la resistencia a la erosión de los depósitos de MMC revestidos por láser y, en diversas realizaciones preferidas, proporciona una o más de las siguientes ventajas en ese contexto: ninguna dilución geométrica medible con el material base; mayor eficiencia de deposición; menores efectos de calor en partículas de fase dura; la capacidad de aumentar los porcentajes de partículas de fase dura retenida sin aumentar la porosidad o el agrietamiento; la capacidad de depositar partículas de fase dura de tamaño más pequeño; distribución drásticamente mejorada de partículas de fase dura; más suave que el acabado superficial depositado; formación de tensión residual reducida dentro de la capa depositada; menos distorsión; la capacidad de aplicar recubrimientos delgados a velocidades de viaje muy rápidas (lo que permite que el proceso compita de manera rentable con los métodos tradicionales, como el cromado duro para la deposición de capas protectoras); menor entrada de energía láser en el metal base; zonas más pequeñas afectadas por el calor; y la capacidad de depositar capas graduadas funcionalmente en una sola etapa. Basada en una metodología de recubrimiento sustancialmente mejorada, la invención también proporciona una perforadora de percusión DTH con características de resistencia al desgaste notablemente mejoradas.

En estos y otros aspectos, la invención representa una mejora práctica y comercialmente significativa sobre la técnica anterior.

Aunque la invención se ha descrito con referencia a ejemplos específicos, los expertos en la técnica apreciarán que la invención se puede realizar de muchas otras formas. También debe entenderse que los diversos aspectos y realizaciones de la invención tal como se describen pueden implementarse independientemente o junto con todas las permutaciones y combinaciones viables de otros aspectos y realizaciones. Todas estas permutaciones y combinaciones deben considerarse como descritas en esta memoria.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para revestir una superficie (2) de un artículo (3), incluyendo el método las etapas de:

proporcionar un suministro de materia prima de alimentación (5), siendo la materia prima de alimentación (5) un material compuesto de matriz metálica con una composición que incluye un material de matriz y un material de refuerzo dispersos dentro del material de matriz;

alimentar la materia prima de alimentación (5) hacia una parte de la superficie del artículo a través de una fuente de alimentación dedicada;

calentar la parte de la superficie (2) del artículo (3) a través de una fuente de calor dedicada (6) de manera que la materia prima de alimentación alimentada (5) y la parte de la superficie (2) se fundan al menos parcialmente, por lo que, al retirar el calor, la materia prima de alimentación fundida (5) y la parte de la superficie (2) forman una capa de recubrimiento adherida depositada por medio de cordones superpuestas en la superficie del artículo, en donde cada cordón depositado se superpone con el cordón depositado previamente en una medida dentro del intervalo de 75 % a 95 % de la anchura de cordón respectivo; y

controlar las fuentes de alimentación y calor (6) para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento adherida se depositen a una velocidad superficial de al menos 500 mm/min; para de ese modo proporcionar a la capa de recubrimiento enlazada una distribución sustancialmente uniforme del material de refuerzo en todo el material de matriz, y

aumentar simultáneamente la tasa de velocidad de la superficie y la extensión de la superposición de cordón.

2. Un método según la reivindicación 1, que incluye la etapa de proporcionar un medio de control programable selectivamente configurado para controlar el movimiento de las fuentes de alimentación y calor (6) en relación con el artículo (3), en donde el medio de control se configura para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento enlazada que se depositará a una velocidad superficial de al menos 2000 mm/min.

3. Un método según la reivindicación 2, en donde los medios de control se configuran para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento enlazada se depositen a una velocidad superficial de al menos 4000 mm/min.

4. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde los cordones de la capa de recubrimiento enlazada se depositan a una velocidad superficial de 4000 mm/min a 40.000 mm/min.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente de calor (6) tiene forma de láser, y el método incluye la etapa de establecer una potencia de salida del láser dentro del intervalo de 3 kW a 20 kW.

6. Un método para revestir una superficie (2) de un artículo (3) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye la etapa de depositar una capa de recubrimiento graduada funcionalmente multicapa sobre la superficie del artículo, preferiblemente la etapa de depositar el recubrimiento de capa múltiple se realiza en una sola pasada a través de la superficie del artículo.

7. Un método para revestir una superficie (2) de un artículo (3) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de matriz es resistente al desgaste y se forma por una aleación autofundente.

8. Un método para revestir una superficie (2) de un artículo (3) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material compuesto de matriz metálica comprende del 5 al 90 por ciento en peso de material de matriz de fase de aglomerante, y del 10 al 95 por ciento en peso de material de refuerzo de partículas de fase dura.

9. Un sistema (1) para revestir una superficie (2) de un artículo (3), el sistema (1) incluye:

un mecanismo de alimentación asociado con un suministro de materia prima de alimentación (5), siendo la materia prima de alimentación (5) un material compuesto de matriz metálica con una composición que incluye un material de matriz y un material de refuerzo disperso dentro del material de matriz, en donde el mecanismo de alimentación se configura para alimentar la materia prima de alimentación (5) hacia una parte de la superficie (2) del artículo (3);

una fuente de calor (6) para calentar la parte de la superficie (2) del artículo (3) de tal manera que la materia prima de alimentación alimentada (5) y la parte de la superficie (2) se fundan al menos parcialmente, por lo que, al retirar el calor, la materia prima de alimentación fundida (5) y la parte de la superficie (2) cooperan para formar cordones superpuestos para definir una capa de recubrimiento enlazada en la superficie del artículo, con cada cordón de la capa de recubrimiento superpuesto al cordón depositado previamente en una medida dentro del intervalo de 75 % a 95 % de la anchura de cordón respectivo;

el sistema (1) incluye además: un controlador para controlar el mecanismo de alimentación (4) y la fuente de calor (6) para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento enlazada se depositen a una velocidad superficial de al menos 500 mm/min;

proporcionar así a la capa de recubrimiento enlazada una distribución sustancialmente uniforme del material de refuerzo por todo el material de matriz;

la fuente de calor (6) configurada para aumentar simultáneamente la tasa de velocidad superficial y el grado de superposición de los cordones.

10. Un sistema (1) según la reivindicación 9, en donde el controlador es configurable para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento enlazado se depositen a una velocidad de al menos 2000 m/min, preferiblemente el controlador es configurable para hacer que los cordones de la capa de recubrimiento enlazado se depositen a una velocidad de al menos 4000 m/min.

11. Un sistema (1) según la reivindicación 9, en donde el mecanismo de alimentación incluye al menos una boquilla de alimentación (4), estando asociada operativamente la al menos una boquilla de alimentación (4) con un depósito de la materia prima (5), preferiblemente el mecanismo de alimentación se adapta para permitir la deposición de una capa de recubrimiento graduada funcionalmente multicapa en una sola pasada a través de la superficie del artículo.

12. Un sistema (1) según la reivindicación 11, en donde el mecanismo de alimentación tiene al menos dos boquillas de alimentación (4) para depositar una capa de recubrimiento de doble graduación en una sola pasada, en donde el mecanismo de alimentación comprende una primera boquilla de alimentación (4) adaptada para depositar un primera materia prima de alimentación (5) directamente sobre la superficie (2) del artículo (3) para formar una subcapa primaria del recubrimiento, y una segunda boquilla de alimentación adaptada para depositar un segunda materia prima de alimentación adaptada para depositar la segunda materia prima de alimentación sobre la primera subcapa para formar una subcapa secundaria del recubrimiento.

13. Un sistema (1) según la reivindicación 12, en donde la primera materia prima de alimentación (5) se contiene en un primer depósito, estando la primera boquilla de alimentación en comunicación con el primer depósito y asociada operativamente con él, de modo que la primera materia prima de alimentación (5) se puede alimentar a través de la primera boquilla de alimentación (4); y en donde la segunda materia prima de alimentación se contiene en un segundo depósito o recipiente, estando la segunda boquilla de alimentación en comunicación y asociada operativamente con el segundo depósito de tal manera que la segunda materia prima de alimentación puede alimentarse a través de la segunda boquilla de alimentación, o

en donde las boquilla primera (4) y segunda están ambas en comunicación con un solo depósito de materia prima de alimentación (5), por lo que se utiliza la misma materia prima de alimentación para las subcapas primaria y secundaria.

14. Un sistema (1) según la reivindicación 9, en donde la fuente de calor (6) tiene la forma de un láser adaptado para emitir un rayo láser (8), estando configurado el láser (6) en uso con una clasificación de energía predeterminada para simultáneamente calentar y fundir la parte de la superficie (2) del artículo (3) y la materia prima suministrada por separado (5) para formar un baño de fusión.

15. Un sistema (1) según la reivindicación 9, que incluye una estación de trabajo en donde el artículo se puede montar de manera liberable, el mecanismo de alimentación, la fuente de calor (6) y la estación de trabajo se configuran para permitir el movimiento relativo entre ellos para proporcionar una posición, orientación y espaciamiento deseados entre mecanismo de alimentación, fuente de calor (6) y artículo, en donde preferiblemente el controlador se asocia operativamente con la estación de trabajo para controlar el movimiento de la estación de trabajo y, por lo tanto, la posición relativa y/o la orientación de la superficie (2) del artículo (3) con respecto al mecanismo de alimentación y fuente de calor (6).