MXPA06003754A

MXPA06003754A - Metodo para hacer un compuesto infundido.

Info

Publication number: MXPA06003754A
Application number: MXPA06003754A
Authority: MX
Inventors: Matthew M Shade
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-06-14
Also published as: CN1864448A; CA2541163C; BRPI0414913A; CA2541163A1; US20050074597A1; EP1676469B1; EP1676469A4; EP1676469A1; US7390561B2; CN100484360C; WO2005036936A1; JP2007507617A; AU2004306718A1

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para producir un objeto compuesto con una superficie metalica infundida, en donde se aplica (8) una capa de material metalico (10) con pulverizacion termica a un patron (4), molde o cara del herramental (2), recubierto con agente de liberacion (6), seguido por una estructura de soporte compuesta (14). La estructura de soporte compuesta (14) se puede producir mediante fibra de resina o rellenador similar, infundidos. El material pulverizado termicamente (10) y la estructura de soporte compuesta (14) dan como resultado un objeto compuesto con superficie metalica infundida cuando se separa del patron (4), molde o cara del herramental (2).

Description

MÉTODO PARA HACER UN COMPUESTO INFUNDIDO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método para producir un objeto compuesto con una superficie metálica infundida, en donde se aplica una capa de material metálico pulverizado térmicamente a un patrón, molde o cara del herramental, recubierto con un agente de liberación, seguido por una estructura de soporte compuesta. La estructura de soporte compuesta puede estar elaborada en fibra de resina o rellenador similar, infundidos. El material pulverizado térmicamente y la estructura de soporte compuesta dan como resultado un objeto compuesto con una superficie metálica infundida cuando se separa del patrón, molde o cara del herramental.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los ejemplos de métodos de pulverización térmica que son útiles para pulverizar metal, son pulverización con arco de electrodo, pulverización por llama, HVOF, pulverización por plasma, pistola D, pulverización por frío (dinámica de gas), y similares. Generalmente un método utilizado para aplicar un metal sobre un objeto compuesto consiste en la aplicación de una capa de metal (recubrimiento) directamente en la superficie, usando metalizado al vacío, boquillas para metal, coberturas o galvanoplastia. Todos estos métodos son tópicos y se adhieren mecánicamente en la superficie externa de un objeto. La presente invención se refiere a un método donde la capa de material metálico es impregnada o infundida con resina durante la fabricación del objeto compuesto. Un objeto de la presente invención es proveer un método novedoso para pulverizar materiales metálicos sobre un patrón, preferiblemente patrones resistentes a bajo calor, sin limitación a ellos, y luego respaldar el material pulverizado con fibra e infundirlo con una resina, para producir, cuando se separe del patrón, un objeto compuesto con una superficie metálica infundida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En al menos una modalidad, la presente invención se refiere a un método para elaborar un objeto compuesto con una superficie metálica, el cual comprende: preparar un patrón que tiene un contorno con la forma deseada; aplicar un agente de liberación en al menos una parte del patrón; aplicar un material pulverizado térmicamente sobre la capa de agente de liberación; integrar la capa de material pulverizado térmicamente en un objeto compuesto, proporcionándole soporte e infundiendo la capa de material pulverizado con una resina; y separar el objeto compuesto del patrón recubierto con el agente de liberación para producir un objeto compuesto con una superficie metálica pulverizada infundida. Preferiblemente, el paso (d) puede ser reemplazado con el paso (d'), como se indica a continuación: integrar la capa de meterial pulverizado térmicamente en un objeto compuesto, proporcionando soporte a la capa de material pulverizado con fibra, e infundiéndolo con una resina. El agente liberador debe ser un material que tenga características térmicas y químicas que sean compatibles con el material pulverizado, tal como metales, y que no deforme el contorno de la superficie y detalles del patrón, especialmente un substrato resistente al bajo calor. Los agentes liberadores apropiados pueden ser seleccionados del grupo que comprende epoxis, acrílicos, uretanos, acetato de polivinilo (PVA), y similares. Puede usarse solventes apropiados para crear una superficie pegajosa. Los agentes liberadores preferidos son poliuretano, epoxis y acetato de polivinilo (PVA). Para la mayoría de las aplicaciones, el espesor de la capa de agente de liberación puede variar entre 0.00254 mm (0.0001 pulgadas) y 0.508 mm (0.020 pulgadas), preferiblemente entre 0.0127 mm (0.0005 pulgadas) y 0.127 mm (0.005 pulgadas). Cuando se usa un agente liberador con base de agua, puede usarse agua puede como solvente. Otras soluciones liberadoras son cualquier solución química compatible que debilite el agente liberador y con ello facilite la separación del objeto compuesto del patrón. El material de recubrimiento pulverizado térmicamente, puede ser aplicado con una alta velocidad lineal de la pistola hacia el sustrato para equilibrar la entrada térmica hacia el sustrato. Una alta velocidad lineal creará capas delgadas con baja tensión. Típicamente la velocidad lineal es mayor de 0.5 m/s o un factor de entrada de energía de 0.5 a 45 vatios/mm/s. Mientras más baja sea la resistencia al calor del substrato, mayor será la velocidad lineal en la pistola pulverizadora. El espesor de la capa aplicada pulverizada térmicamente, puede ser de entre 0.00254 mm (0.0001 pulgadas) y 76.2 mm (3.0 pulgadas), preferiblemente entre 0.127 mm (0.005 pulgadas) y 3.175 mm (0.125 pulgadas). El material de la capa pulverizada térmicamente, preferiblemente es metal, y puede ser seleccionado de un grupo que consiste en acero, acero inoxidable, níquel, invar, cromo, tungsteno, aluminio, zinc, aleaciones y compuestos de ellos. En aplicaciones preferidas, el material del agente liberador debe tener buenas características adhesivas que unan y aseguren suficientemente el pulverizado metálico al patrón, pero que se pueda quitar con una sustancia química que desprenda el agente liberador, o mediante una fuerza apropiada para separar al patrón del objeto compuesto infundido con material pulverizado. Por ejemplo, el objeto compuesto terminado con superficie metálica infundida, puede ser seleccionado del grupo que comprende herramientas, componentes de aeronaves, componentes automotrices, componentes eléctricos, componentes de recreación, productos del hogar, o cualquier componente compuesto expuesto al desgaste, erosión, corrosión, corriente eléctrica, campos electromagnéticos, etc. Esencialmente, se puede rociar casi cualquier metal o aleación que pueda elaborarse en polvo o electrodo, incluyendo acero, acero inoxidable, níquel, invar, cromo, tungsteno, aluminio, zinc, aleaciones y compuestos de ellos. El material pulverizado térmicamente preferiblemente podría ser un compuesto de cerámica con matriz de metal. Los parámetros de la pulverización térmica se pueden variar para producir una capa densa de material pulverizado en la cara del patrón, y una capa mas porosa a medida que el espesor del material aumente. Preferiblemente la capa externa de material, que es de entre aproximadamente 5% y aproximadamente 50% del espesor de la capa, puede tener una porosidad entre aproximadamente 5 y aproximadamente 95 por ciento, o preferiblemente de entre aproximadamente 25 y aproximadamente 75 por ciento, y la parte de capa interna en la superficie del patrón, que es de entre 5% y aproximadamente 50% del espesor de la capa, puede tener una densidad teórica de entre 99.9 y aproximadamente 95 por ciento. En algunas aplicaciones, la capa entera de metal depositado puede ser altamente porosa o por encima del 5%, y preferiblemente una porosidad de entre 25% y aproximadamente 75%. En otras aplicaciones, la capa densa inicial producirá una superficie externa dura cuando el objeto compuesto infundido se separe del patrón. Para infundir o impregnar una resina en el segmento poroso de la superficie externa de metal depositado, es necesaria una fuerza que ejercerá presión sobre el material de resina, de manera tal que una porción del material de resina será empujada hacia los poros de la superficie porosa depositada. La fuerza necesaria para la impregnación puede ser presión de una fuente de vacío, fuente mecánica, fuente hidráulica, y similares. Preferiblemente, la resina y la fibra que hacen contacto con el material poroso pulverizado externo, pueden ser sometidas a un vacío, en el cual una fuerza dará como resultado al menos una parte de la resina ¡nfundida en los poros de la superficie de material poroso pulverizado, infundiendo con ello la resina en la capa de material pulverizado. En este proceso se puede usar resinas, fibra de carbono, fibra de vidrio, fibra de Nylon, materiales Prepreg y otros tipos de fibras, telas y resinas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención será descrita con referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales las figuras desde 1A hasta 1F son vistas esquemáticas que muestran un método para elaborar un compuesto metálico impregnado en la superficie.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Como se muestra en los dibujos, los pasos básicos del método comprenden: Preparar un molde, herramienta, o superficie patrón (2) apropiado, de patrón 4, para lo cual se necesita una reproducción una fehaciente de un objeto compuesto infundldo en una superficie metálica. El patrón 4 podría ser un material resistente a bajo calor, tal como la madera. Si es necesario, la superficie del patrón 2 debe de ser muy bien limpiada para eliminar toda cera, aceite, huellas dactilares y otros materiales externos, tales como defectos sobre la superficie, que serán reproducidos en el objeto compuesto final. La contaminación en muchos casos evitará que el material pulverizado se adhiera en sus etapas iniciales de rocío. En algunos casos se puede requerir sellar la superficie del patrón 2, para facilitar la liberación del objeto compuesto infundido; Aplicar un agente de liberación 6 en la superficie del patrón 2. Esto se requiere para asegurar la adhesión del la primera capa de metal pulverizado, y para facilitar la extracción del objeto compuesto infundido de la superficie metálica después de terminado. Se ha encontrado que los acetatos de polivinilo son más satisfactorios para esta aplicación. El agente liberador debe tener adecuadas características térmicas y químicas para que sea compatible con el metal pulverizado, y para no reducir dramáticamente detalles de la superficie. El acetato de polivinilo debe ser aplicado cuidadosamente para producir una delgada película uniforme. En algunas aplicaciones el detalle en la superficie puede mejorarse por calentamiento del acetato de polivinilo y compactando el agente liberador en micro escala, para asegurar una reproducción fehaciente del detalle de la superficie; Dejar secar el acetato de polivinilo durante unos pocos minutos, y luego aplicar una aplicacióndel material pulverizado 8, tal como un material de acero inoxidable 10. Se puede aplicar el depósito de material inicial para producir una capa densa y luego se puede aplicar el depósito de matrial subsiguiente para producir una capa porosa externa superficial. El material pulverizado térmicamene para un proceso de pulverización con arco de electrodo, normalmente se puede realizar con una tasa de pulverización de 120 amperios (4.53 kg/h/pistola (10 libras/h/pistola)) y se pone cuidado para asegurar que la superficie completa 6 esté cubierta. Una vez que el material pulverizado térmicamente alcanza una densidad apropiada, la tasa de pulverización puede aumentarse hasta 13.6 kg/h/pistola (30 Ibs/h/pistola) dependiendo del tamaño de la superficie que va a ser rociada, el tipo de material pulverizado y el grado de porosidad. En todos los casos, durante el proceso completo de rociado debe tenerse mucho cuidado para asegurar que la superficie no llegue a estar sobrecalentada. En patrones pequeños, para eliminar el sobrecalentamiento, se sopla aire comprimido u otros gases sobre la pieza, para facilitar el enfriamiento. Generalmente, el rociado continúa hasta que se alcanza un espesor de 0.76 mm (0.030 pulgadas) de metal o algún otro. En algunos casos, algunos componentes han sido rociados hasta 6.35 milímetros (0.25 pulgadas) de espesor para resistencia adicional o sobreespesor para maquinado. Utilizando un proceso de estratificación, se puede aplicar fibras y resinas 14 a la capa pulverizada depositada. Si se desea, se puede incorporar tubos para calentamiento o enfriamiento, objetos para refuerzo, o similares en la fibra/resina. Aunque no se muestra, el ensamblaje de de 2-6-10-14 puede ser sometido a un vacío, el cual empujará una porción de la resina 14 en el segmento poroso de la capa de material pulverizado 10. También se puede usar una fuerza de presión mecánica u otro método para infundir el material de resina 14 en la capa metálica porosa 10. Cuando se usa un proceso de vacío para la infusión, es necesario un dispositivo o superficie selladora 12 alrededor del perímetro del objeto compuesto. Luego se deja curar y/o endurecer la resina 14. Se separa el patrón de la superficie del metal compuesto impregnado 2-10 por medio del agente liberador 6 y se saca el objeto compuesto para producir un objeto compuesto con superficie metálica infundida libre. En algunas aplicaciones, la superficie externa del objeto compuesto puede limpiarse para eliminar restos del agente liberador y otros contaminantes. También, la superficie del patrón puede ser limpiada completamente y luego utilizarse de nuevo para producir otros objetos compuestos con superficie metálica infundida. Otras variaciones en el método descrito están dentro del alcance determinado de esta invención, tal como se reivindica más adelante. Como se declaró previamente, aquí se describen modalidades detalladas de la presente invención; sin embargo, se debe entender que las modalidades descritas son meramente ejemplos de la invención, la cual puede incorporarse de diversas formas.

Claims

REIVINDICAC10NES

1. Un método para elaborar un objeto compuesto con una superficie metálica infundida o impregnada, que comprende: (a) Preparar un patrón con un contorno y forma deseados; (b) Aplicar un agente liberador sobre al menos una parte del patrón; (c) Aplicar un material pulverizado térmicamente sobre la capa del agente liberador; (d) Integrar la capa de material pulverizado térmicamente en un objeto compuesto, proporcionando un suporte e infundiendo la capa de material pulverizado con una resina; y (e) Separar el material compuesto impregnado cubierto por pulverización, del agente liberador, para producir un objeto compuesto con superficie infundida de material pulverizado.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso (d), comprende integrar la capa de material pulverizado térmicamente en un objeto compuesto, proporcionando soporte a la capa de material pulverizado, con fibra, e infundiéndolo con una resina.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el material pulverizado térmicamente es un metal o un compuesto de cerámica con matriz de metal.

4. El método de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado además porque el metal se selecciona del grupo que consiste en acero, acero inoxidable, cobre, estaño, níquel, invar, cromo, tungsteno, aluminio, zinc, aleaciones de ellos y sus compuestos; el agente liberador se selecciona del grupo que consiste en epoxis, uretanos, acrílicos y acetatos de polivinilo; la fibra se selecciona del grupo que consiste en fibras de carbón, fibra de vidrio y fibra de Nylon; y la resina se selecciona del grupo que consiste en materiales epóxicos o de prepreg.

5. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso (c) incluye aplicar al menos una capa del material pulverizado térmicamente, seleccionado de un grupo que comprende metales y pseudo aleaciones sobre la capa del agente liberador.

6. El método de las reivindicacioness 1 y 3 en donde el espesor de la capa de metálica pulverizada térmicamente es de entre 0.00254 mm y aproximadamente 76.2 mm (0.0001 y aproximadamente 3 pulgadas), y el agente liberador en el paso (b) es depositado en un espesor de 0.00254 mm y alrededor de 0.508 mm (0.0001 pulgadas y alrededor de 0.020 pulgadas).

7. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque la parte inicial del material pulverizado térmicamente en el paso (c) se aplica para producir una parte de capa interna densa con al menos un 95% de densidad teórica, y la capa completa de material pulverizado térmicamente en el paso (c) tiene una porosidad de entre 5% y aproximadamente 75%.

8. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso (c) comprende adicionalmente encerrar la periferia del patrón con un sello, y dispersar materiales de fibra y resina en la periferia del sello y sobre la capa de material pulverizado térmicamente.

9. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque en el paso (d) la impregnación o infusión de la resina en al menos la parte externa del material depositado, se realiza utilizando una fuerza al vacío, una fuerza mecánica o una fuerza hidráulica.

10. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso (e) comprende además limpiar el patrón de contaminantes, y repetir todos los pasos desde (a) hasta el paso de limpieza de contaminantes del patrón, al menos una vez.