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Title:
VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/066966
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a valve (1) for internal combustion engines which is composed of a head 10, a seating region 2, a neck region 3, a rod 4 and a tip 5 of the valve 1, wherein at least one part of the valve (1) receives a coating (7) of metallic tungsten matrix including nanocarbides of tungsten WC, W2C, W3C, W12C or a mixture thereof, the coating having a thickness of between 5 µm and 150 µm, a hardness between 500 HV and 3500 HV, and being applied by the chemical vapour deposition (CVD) process.

Inventors:
FAVARON RODRIGO (BR)
BOSSONI DO AMARAL VINICIUS (DE)
Application Number:
PCT/BR2013/000450
Publication Date:
May 08, 2014
Filing Date:
October 31, 2013
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE METAL LEVE SA (BR)
MAHLE INT GMBH (DE)
International Classes:
F01L3/04; C23C16/30
Foreign References:
US5771873A1998-06-30
US20090117372A12009-05-07
US4902535A1990-02-20
Other References:
YU. V. LAKHOTKIN ET AL: "Hard corrosion-resistant coatings for constructional applications", PROTECTION OF METALS AND PHYSICAL CHEMISTRY OF SURFACES, vol. 45, no. 7, 18 November 2009 (2009-11-18), pages 833 - 837, XP055105406, ISSN: 2070-2051, DOI: 10.1134/S2070205109070156
Attorney, Agent or Firm:
DANNEMANN, SIEMSEN, BIGLER & IPANEMA MOREIRA (BR)
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Claims:
Reivindicações

1. Válvula para motores de combustão interna, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma porção da válvula (1) é aplicado um revestimento (7) de matriz de tungsténio metálico contendo nanocarbetos de tungsténio WC, W2C, W3C, W12C ou uma mistura desses, o revestimento apresentando uma espessura entre 5pm e 150pm, dureza entre 500HV e 2000HV e sendo aplicado pelo processo de deposição química por vapor (CVD).

2. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o revestimento é aplicado a uma região da cabeça (10), de assentamento (2), de pescoço (3), de haste (4) e de ponta (5) da válvula (1).

3. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o revestimento é aplicado a todas as superfícies da válvula (1).

4. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que é uma válvula (1) de admissão ou uma válvula (1) de exaustão.

5. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que apresenta uma variação de dureza, de forma que a dureza na superfície é reduzida de acordo com a profundidade do revestimento, a redução sendo de até 50% em relação à dureza na superfície.

6. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, previamente à aplicação do revestimento, é aplicada uma camada de níquel puro (8) que atua como união (bonding layer).

7. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , 2, 3, 4, 5 ou 6, ca- racterizada pelo fato de que a aplicação do revestimento (7) pelo processo de CVD é realizada em uma temperatura entre 450°C to 650°C.

8. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o revestimento (7) resiste à delaminação quando submetido a cargas de até 180N.

9. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o revestimento (7) possui um módulo de Young de 410 GPa.

10. Válvula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que a rugosidade de sua superfície é inferior a Ra 0,02.

Description:
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VÁLVULA PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA".

A presente invenção refere-se a uma válvula para uso em um motor de combustão interna, em que pelo menos uma das porções da válvula é rece- be um revestimento pelo processo de deposição química (CVD), conferindo à válvula resultante alta durabilidade, simplificação na fabricação e resistência à corrosão e fratura.

Descrição do estado da técnica

Os motores de combustão interna são mecanismos transformadores de e- nergia utilizados pela imensa maioria dos veículos automotores, e compreendem basicamente duas partes principais: um ou mais cabeçotes e o bloco do motor. Na base do(s) cabeçote(s) estão localizadas as câmaras de combustão (em motores a Diesel em geral as câmaras de combustão estão nas cabeças dos pistões) e no bloco do motor estão localizados os cilindros e o conjunto da árvore de manivelas ou conjunto do virabrequim. As válvulas de um motor de combustão interna ficam alojadas no(s) cabeçote(s) e são um dispositivo que visa permitir ou bloquear a entrada ou a saída de gases dos cilindros do motor.

O motor converte a energia produzida pela combustão da mistura (combus- tível e ar) nas câmaras de combustão, em energia mecânica capaz de imprimir movimento às rodas. As válvulas de admissão são aquelas que controlam a entrada de mistura gasosa no cilindro do motor e as válvulas de escape são as que permitem a saída dos gases após a explosão.

Em razão das diferentes solicitações a que uma válvula é submetida, a sua configuração construtiva é, regra geral, muito similar. Assim, tal como pode ser visto pela figura 1 , uma válvula 1 é constituída de uma cabeça 10 em forma de disco que compreende uma região de assentamento 2 e uma região de pescoço 3 que atua como região de transição para a haste 4, sendo que na extremidade da haste oposta à cabeça fica localizada a ponta 5 da válvula 1 .-

Cada porção da válvula é submetida a diferentes de condições de trabalho, sendo, portanto, solicitada de modo diferente. A região de assentamento é submetida a desgaste por impacto e atrito, sendo sua função vedar contra a sede/inserto presente no cabeçote. Note-se que além do desgaste por impacto quando do fechamento da válvula, também há desgaste por atrito (a- desão), quando a válvula gira em contato com o inserto. Por sua vez, a regi- ão da cabeça deve ser resistente à corrosão. A região da haste deve ser resistente ao desgaste e possuir baixo atrito. Note-se que pela região entre a haste e a guia deve passar a menor quantidade possível de fluído lubrificante para evitar que o lubrificante alcance a câmara de combustão. Por fim, a ponta da válvula tem de ter resistência ao desgaste visto que recebe cons- tante pressão por parte do atuador que força a abertura e fechamento da válvula.

Em suma, as válvulas devem apresentar resistência a três tipos distintos de solicitações, mecânica, térmica e química. No tocante à resistência à mecânica, as válvulas devem apresentar resistência ao impacto na região de as- sentamento e na região da ponta. Com respeito à resistência ao desgaste as principais partes afetadas são a região de assento, a haste e a ponta da válvula. Por sua vez, a resistência à pressão deverá ser uma característica da frente da cabeça. Por fim, a resistência à fadiga faz-se necessária por conta da constante alternância entre as tensões de tração e compressão. A necessidade de resistência térmica advém da temperatura de combustão, das altas temperaturas dos gases de escape e da fadiga provocada pela alternância entre temperaturas altas e baixas.

A resistência química faz-se necessária para impedir a corrosão que encontra facilidade no ambiente corrosivo dos gases, humidade e temperaturas de trabalho a que a válvula está sujeita.

Assim, por forma a conseguir vencer as cada vez mais exigentes condições de trabalho a que as válvulas são submetidas, é bastante comum que as válvulas sejam monometálicas de ligas especiais, bimetálicas ou que sejam dotadas de insertos.

As válvulas monometálicas são construídas de um único material e são aplicadas em peças de exigência moderada. Assim, para válvulas de admissão são geralmente utilizados aços martensíticos, preferencialmente ligas de cromo-silício, por conta das suas excelentes propriedades mecânicas. No tocante às válvulas de escape, é comum fazer-se uso de ligas de aço de cromo-níquel-manganes, por conta das excelentes propriedades de resistência à corrosão a altas temperaturas.

As válvulas bimetálicas tem aplicação em situações de maior exigência, sendo aplicado um material específico para cada parte da válvula. A título de exemplo, é utilizada um aço martensítico na haste para garantir a elevada resistência ao desgaste. Com relação à cabeça, é utilizado um aço aute- nítico ou uma liga de base de níquel para garantir a resistência à corrosão a altas temperaturas. Naturalmente que estas válvulas tem um custo superior por conta de seu processo de fabrico, apresentando limitações e, portanto, não sendo justificável para boa parte das aplicações.

A ponta da válvula recebe normalmente, por meio de solda, uma pastilha de aço austenítico (no caso de uma válvula monometálica) e de aço martensíti- co de baixa liga endurecido por têmpera (no caso de uma válvula bimetáli- ca).

Atualmente, a necessidade de maior eficiência térmica e potência específica dos motores, notadamente devido aos limites de emissão de poluentes e consumo de combustível e óleo lubrificante, têm levado a um aumento das solicitações térmicas e mecânicas a que são acometidos os componentes internos de motores Otto ou Diesel, dentre os quais as válvulas. Assim, em algumas aplicações mais recentes, a redução na durabilidade desses componentes têm sido considerável, ensejando aperfeiçoamentos.

Até ao momento, entre as soluções mais comuns de revestimento de válvu- las do motor do estado da técnica tem-se a nitretação, que apresenta um desempenho negativo sobre a resistência à fadiga, por exemplo. Outro e- xemplo são as válvulas de titânio, que são utilizadas para motores de corrida, mas que apresentam um custo muito elevado e baixa resistência ao desgaste, devendo a sua superfície ser revestida com um nitreto de titânio (TiN) ou óxido de titânio (TiO) para compensar a baixa resistência ao desgaste. Existem ainda algumas soluções adicionais para válvulas de motor que fazem uso de ligas conhecidas comercialmente como a Nimonic ou Nireva mas o custo destes materiais não compensa as propriedades oferecidas para a grande maioria das situações.

Entre as diversas soluções do estado da técnica, o documento US4811701 revela uma válvula de admissão para um motor de combustão interna dotado de um revestimento de óxido de cério, aplicado por aspersão térmica (thermal spray) com o objetivo de evitar a formação de carbono depositado na válvula.

O documento US7562647 revela uma válvula de admissão dotada de um revestimento resistente a elevadas temperaturas, bem como um motor de combustão interna dotado de tal válvula. A válvula é parcialmente revestida para garantir resistência à corrosão, recebendo também um tratamento de endurecimento da cabeça. O filme protetor revelado trata, genericamente, de uma resina curável incluindo, pelo menos, um material metálico ou cerâmico e pelo menos um ligante orgânico ou inorgânico.

O documento norte americano US 5441235 revela uma válvula revestida com nitreto de titânio, bem como o seu método de produção. A válvula de titânio é basicamente nitretada, sendo que, na verdade, não é depositado um filme de TiN, mas tão somente a reação de nitrogénio pressurizado com o titânio da superfície da válvula. Como é um processo de difusão, ocorre a temperaturas altas - de 700 a 880°C - para que se atinjam uma formação de nitretos adequada. Este processo é baseado em um arco estabelecido entre um cátodo e a válvula (ânodo), perdendo eficiência e podendo causar não uniformidade do filme pelo efeito de pontas (que acumulam carga). Assim, como desvantagem deste documento de técnica anterior tem-se a não " adequação do processo para recobrimento de aços, devido justamente à alta temperatura.

A patente US7225782 também revela uma válvula que recebe um tratamen- to de nitreto de titânio, aplicado por deposição física de vapor (PVD) com o intuito de promover um filme protetor de óxido na superfície da válvula. O documento comenta também da possibilidade de ser utilizado um filme de DLC, nitreto de cromo ou WC/C depositado por PVD. No tocante ao revestimento de WC/C, é mencionada a formação de multicamadas de carbeto de tungsténio alternadas com camadas amorfas de carbono. No entanto, o método de deposição por PVD apresenta diversas dificuldades no tocante a uma deposição homogénea, o que resulta em um comportamento indesejado quanto à resistência ao desgaste da válvula. Outra desvantagem do processo de PVD é a dificuldade de deposição do revestimento em todas as faces da peça, chamada de ânodo, pois o processo de PVD demanda que as superfícies dos ânodos a serem recobertas fiquem expostas frontalmente para o cátodo, fonte de material do PVD.

Filmes multicamadas depositados por PVD muitas vezes tem altas tensões residuais, especialmente os filmes de DLC. Apesar de terem boas propriedades no quesito de atrito, o DLC não resiste às altas temperaturas, muito menos aquelas as que a válvula está submetida. Note-se que também não trabalha bem em ambientes corrosivos (DLCs normalmente possuem "pi- nholes", pequenos buracos no filme pelos quais a corrosão encontra seu caminho até o substrato). Cumpre notar também que, no caso do WC/C por PVD, é necessário evaporar o tungsténio a partir de pó ou targets, o que demanda muita energia, já que deve-se atingir cerca de 2500°C.

Assim, as soluções que fazem uso de PVD apresentam desvantagem frente à presente invenção. Diferentemente ao processo de PVD, no processo de CVD utilizado na presente invenção, por se tratar de uma deposição química, onde os materiais de cobertura são introduzidos na câmara de deposição em forma de gás, todas as superfícies da peça que não estiverem pro- tegidas, receberão a cobertura, pois o gás do ambiente irá reagir com a superfície da peça.

Muito embora existam diversas tentativas para tentar minimizar o desgaste a que as válvulas estão sujeitas, as soluções do estado da técnica não oferecem uma válvula de motor a combustão interna que consiga, concomitante- mente, apresentar um comportamento superior em todos os quesitos de durabilidade. Alguns exemplos de que afetam a durabilidade das válvulas do estado da técnica podem ser vistos pelas figuras 2 a 7. Assim, um dos fenómenos que mais afeta a durabilidade das válvulas do estado da técnica decorre da corrosão intergranular (ITG - Intergranular corrosion).

O fenómeno pode ser descrito como uma corrosão que começa no contorno de grão. Devido a exposição a alta temperatura o cromo da liga migra para o contorno de grão, ou seja, ocorre a formação de um precipitado de cromo na região da fronteira de grão. Como resultado, a perda do cromo como elemento da liga, essencial para a resistência à corrosão, leva à dissolução das fronteiras de grão e das regiões adjacentes (vide figuras 3, 4, 6 e 7).

O resultado de tal efeito leva à fratura da válvula tal como mostra a figura 5, que revela uma válvula do estado da técnica onde parte da região da cabeça foi perdida devido a uma fratura principal (substancialmente paralela ao perímetro - vide figura 6), apresentando também fraturas secundárias (substancialmente ortogonais ao perímetro - vide figura 4).

As figuras 6 e 7 ilustram em detalhe, após ataque químico e ampliação de 500 vezes, a corrosão intergranular, bem como a remoção de alguns grãos das seções AA e BB da figura 5, respectivamente.

Outro mecanismo de desgaste que geralmente ocorre nas válvulas do esta- do da técnica é conhecido como corrosão a quente de gás (Hot Gas Corrosion - HGC). As figuras 8 e 9 mostram a ocorrência de tal fenómeno em uma haste de válvula, podendo ocorrer a remoção de material da superfície da haste.

A corrosão a provocada pelo gás quente a que as válvulas estão sujeitas, é, geralmente, um mecanismo uniforme de corrosão associado, na grande maioria das vezes, aos gases quentes a que as válvulas de exaustão são submetidas. É geralmente relacionado com a oxidação, mas também pode ocorrer o ataque de sais fundidos, tal como a sulfetação (sais de sulfato formados pelo combustível e fluído lubrificante). Usualmente, o estado da técnica tenta controlar este processo de corrosão em válvulas de aço através da formação de uma camada não porosa de óxido de cromo altamente aderente, sendo que o fenómeno HGC tem início quando a camada perde a sua capacidade protetora.

Um terceiro fenómeno comum que ataca as válvulas é mostrado pela figura 10. Neste caso, uma falha na válvula que impede o movimento giratório da mesma pode acarretar em uma pequena abertura que permite a passagem dos gases provenientes da combustão. Esses gases, por sua vez, como têm elevada temperatura e são corrosivos, levam a uma corrosão na região do assentamento da válvula.

Tal ocorrência impede a correta vedação que a válvula deve proporcionar. Em alguns casos chega a ocorrer em a fusão localizada, acelerando o fenómeno de corrosão até que a válvula falhe. Isso ocorre porque a passagem constante de gases quentes aumenta drasticamente a temperatura numa região localizada e concentrada (vide setas da figura 10), sendo impossível à válvula proporcionar o correto funcionamento do motor. Cumpre notar também que este fenómeno tem especial incidência quando a válvula apresenta problemas de vedação.

Por tudo o acima exposto, não havia sido desenvolvido até o presente momento uma válvula à qual seja aplicada um revestimento pelo processo de deposição química por vapor (CVD), conferindo à válvula resultante alta du- rabilidade e mantendo um custo de fabricação aceitável.

Objetivos da invenção

A presente invenção tem por objetivo proporcionar uma válvula para uso em um motor de combustão interna, sendo aplicado um revestimento de carbeto de tungsténio pelo processo de deposição química por vapor (CVD) em pelo menos uma porção da válvula, em uma temperatura que varia entre 450°C e 650°C.

A presente invenção tem também por objetivo proporcionar uma válvula formada por uma única peça de aço que receba o revestimento de carbeto de tungsténio facilitando o processo produtivo.

Por fim, a presente invenção tem por objetivo proporcionar uma válvula que apresente melhor resistência ao desgaste em geral, bem como da haste e da face de assentamento, seja capaz de resistir à corrosão intergranular e subsequentes fraturas, à corrosão pela passagem dos gases aquecidos pela combustão e à formação de vazamentos).

Breve descrição da invenção

Os objetivos da presente invenção são alcançados por uma válvula para motores de combustão interna em que a pelo menos uma porção de suas porções é aplicado um revestimento de matriz de tungsténio metálico contendo nanocarbetos de tungsténio WC, W2C, W3C, W12C ou uma mistura desses, o revestimento apresentando uma espessura entre 5pm e 150pm, dureza entre 500HV e 2000HV e sendo aplicado pelo processo de deposi- ção química por vapor (CVD).

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

Figura 1 - é uma vista esquemática lateral de uma válvula com todos os e- lementos que a constituem.

Figura 2 - é uma figura esquemática exemplificando o mecanismo de corrosão intergranular através do empobrecimento de cromo nas regiões de fronteira de grão de uma válvula do estado da técnica.

Figura 3 - corresponde a uma fotografia que exemplifica a corrosão intergranular em uma válvula do estado da técnica.

Figura 4 - corresponde a uma fotografia que exemplifica a corrosão intergranular e a ocorrência de fraturas secundárias em uma válvula do estado da técnica.

Figura 5 - é uma fotografia em perspectiva de uma válvula do estado da técnica onde parte da região da cabeça foi perdida devido a uma fratura principal (substancialmente paralela ao perímetro) e fraturas secundárias (substancialmente ortogonais ao perímetro).

Figura 6 - é uma fotografia que mostra a corrosão intergranular e remoção de alguns grãos na seção AA da válvula ilustrada na figura 5.

Figura 7 - é uma fotografia que mostra a corrosão intergranular e remoção de material na seção BB da válvula ilustrada na figura 5. Figura 8 - é uma fotografia que mostra a região da haste de uma válvula do estado da técnica após corrosão a quente de gás.

Figura 9 - é uma fotografia que mostra a região da haste de uma válvula do estado da técnica após corrosão a quente de gás e consequente remoção de material.

Figura 0 - é uma fotografia que mostra a região da cabeça de uma válvula do estado da técnica após corrosão através da passagem dos gases aquecidos pela combustão e consequente remoção de material na região de assentamento.

Figura 11 - representa uma fotografia do revestimento de carbeto de tungsténio na válvula objeto da presente invenção.

Figura 12 - representa uma fotografia de uma válvula do estado da técnica após ter sida submetida a um teste de riscamento com carga de 120N, com ocorrência de delaminação do revestimento.

Figura 13 - representa uma fotografia de uma válvula do estado da técnica após ter sida submetida a um teste de riscamento com carga de 180N, sem ocorrência de delaminação do revestimento.

Figura 14 - mostra uma válvula da presente invenção dotada de um revestimento com 50 mícron de espessura onde é possível perceber que o reves- timento segue uniformemente o substrato.

Descrição detalhada das figuras

A figura 1 revela uma válvula 1 para uso em um motor de combustão interna qualquer, como por exemplo, uma válvula de exaustão ou uma válvula de admissão. Pela figura, que ilustra uma vista lateral, vê-se claramente a exis- tência das diversas partes que compõem a válvula 1 , sendo constituída de uma cabeça 10 em forma de disco que compreende uma região de assentamento 2 e uma região de pescoço 3 que atua como região de transição para a haste 4, sendo que na extremidade da haste 4 oposta à cabeça 10 fica localizada a ponta 5 da válvula .

A válvula objeto da presente invenção tem como inovação precípua o fato de receber, em pelo menos uma de suas partes, um revestimento 7 de carbeto de tungsténio (WC) aplicado pelo processo de deposição física por va- por (CVD), algo que não é revelado por nenhum documento de técnica anterior e que confere à presente válvula características de durabilidade superiores e um custo de fabricação extremamente vantajoso para a qualidade alcançada.

Tal como exposto acima, o desgaste de uma válvula, embora por motivos diferentes, tem maior incidência na cabeça 10, na região de assentamento 2, na região de pescoço 3, na haste 4 e na ponta 5 da válvula 1.

O revestimento 7 de carbeto de tungsténio pode ser aplicado a qualquer região em particular da válvula, sendo preferencialmente aplicado na cabeça 10, na região de assentamento 2, na região de pescoço 3, na haste 4 e/ou na ponta 5 da válvula 1. Alternativamente, o revestimento 7 pode ser aplicado na totalidade da válvula 1.

A aplicação de um revestimento 7 de carbeto de tungsténio é especialmente adequada à válvula 1 à sua geometria complexa, porque garante a deposi- ção de um filme na espessura desejada, em qualquer porção que seja exposta ao processo de CVD, garantindo assim uma deposição uniforme e homogénea do revestimento 7, de maneira fácil e económica.

O processo de deposição química por vapor (CVD) é utilizado para aplicação de revestimentos em um dado substrato 9. Como regra geral, um subs- trato 9 é exposto em um ambiente no qual elementos voláteis reagem e se depositam de forma homogénea em toda a superfície exposta, sendo, portanto especialmente indicado para a válvula 1.

De maneira preferível, uma série de segmentos válvulas 1 é colocada no ambiente onde o revestimento 7 será aplicado. As válvulas 1 podem ser penduradas ou pousada com a região da cabeça 10 sobre uma superfície, ou mesmo de qualquer outro modo que se adéque. Note-se que a única regra a ser observada é que a porção da válvula que estiver a promover sua sustentação (por exemplo, a cabeça 10 pousada sobre uma superfície) não receberá o tratamento 7 uma vez que a superfície da válvula 1 não estará exposta ao ambiente onde o revestimento 7 será aplicado. Assim, em uma única etapa, consegue-se aplicar o revestimento a diversas válvulas 1 , o que torna a fabricação desses componentes muito económica. Adicionalmente, como o revestimento 7 é uniforme sobre a superfície da válvula 1 , o substrato 9 utilizado pode ser um material monometálico ou bi- metálico de qualidade mais simples, com ou sem a ponta 5 da válvula 1 soldada. Entre os substratos 9 pode ser utilizado um aço barato de baixa liga e elevado teor de carbono, ou um aço de baixa liga martensítíco, que apresenta excelentes propriedades mecânicas, ou mesmo um aço austenítico, que apresenta excelentes propriedades de trabalho em altas temperaturas e resistência à corrosão. Como vantagem frente ao estado da técnica tem-se a possibilidade de aumentar à quantidade de carbono na liga da válvula 1 , o que resulta em benefícios ao nível da dureza e estabilidade térmica do material.

Ademais, quando comparado com o estado da técnica, a obtenção de uma válvula 1 da presente invenção monometálica dispensa os processos de u- nião acima descritos, entre os quais a união entre a cabeça 10 e a haste 4, ou entre a haste 4 e a ponta 5 da válvula 1 , garantindo de todo o modo uma válvula 1 de durabilidade superior. Embora não obrigatório, a válvula da presente invenção pode dispensar a soldagem da ponta 5. Ademais, é eliminada a necessidade de insertos ou tratamentos de endurecimento, uma vez que a válvula como um todo receberá o revestimento 7 de carbeto de tungs- tênio. Assim, em termos de processo, tal concretização revela um ganho competitivo no quesito de custo.

Em uma concretização preferível, o processo de CVD é realizado em uma temperatura substancialmente entre 450°C e 650°C, bastante mais reduzida em comparação com as temperaturas normalmente utilizadas nesse tipo de processo (1000°C), garantindo que não há danos ao substrato 9 (válvula) por exposição a temperaturas muito elevadas. O revestimento 7 é obtido pela reação química de gases, a saber, o hexafluoreto de tungsténio como gás que fornece o metal, o gás hidrogénio como gás reativo e um gás como propano ou metano que serve de fonte de carbono.

A combinação desses gases em proporções especificadas, em contato com o substrato 9 aquecido (válvula 1) forma o revestimento 7, que o cobre por igual. De modo preferível, os gases acima mencionados são inseridos em proporção especifica de forma que o revestimento 7 apresente matriz de tungsténio metálico contendo nanocarbetos de tungsténio WC, W2C, W3C, W12C ou uma mistura desses, com espessura entre 5pm e 150pm (mais preferi- velmente entre 5μιτι e 80pm) e dureza entre 500HV e 3500HV, mais preferivelmente entre 1000HV e 2000HV. A título de exemplo do comportamento da dureza com relação a profundidade do revestimento, até 10, 50 e 80 mí- cron de profundidade tem-se, respectivamente, uma de 2000, 1500 e 1000 HV.

De notar também que a figura 14 mostra uma válvula 1 da presente invenção dotada de um revestimento 7 com 50 mícron de espessura onde é possível perceber que o revestimento 7 segue uniformemente o substrato 9, sendo que mesmo pequenas imperfeições são seguidas com perfeição. Como vantagem adicional, a válvula 1 da presente invenção permite que, através de um processo de escovação se obtenham excelentes parâmetros de acabamento, com uma rugosidade Ra inferior a 0,02, o que resulta em baixo atrito para a região da haste 4.

Ainda preferivelmente, é aplicada previamente ao revestimento 7 uma camada de níquel puro 8 com função adesiva (bonding layer, vide figura 11), tendo uma espessura preferível entre pm e 5pm. A camada de níquel puro favorece a adesão da camada de carbeto de tungsténio formada e depositada pelo processo de CVD, não sendo, no entanto, obrigatória.

Ainda de acordo com uma concretização preferencial, não limitante, devido ao reduzido percentual de carbeto de tungsténio, o módulo de Young (E) é de cerca de 410 GPa, similar, portanto ao do metal tungsténio puro. Trata-se de uma vantagem em relação aos revestimentos obtidos por deposição física de vapor (PVD), que apresentam valores típicos em torno de 250 GPa. Como característica do revestimento 7 de carbeto de tungsténio formado, ele apresenta uma variação de dureza de forma que a dureza na superfície é reduzida de acordo com a profundidade do revestimento, a redução sendo de até 50% em relação à dureza na superfície. Cumpre notar também que a válvula 1 da presente invenção conseguiu alcançar uma resistência à delaminação bastante superior ao estado da técnica. As figuras 12 e 13 mostram, respectivamente, uma válvula do estado da técnica e uma válvula 1 da presente invenção submetidas a um teste de ris- camento. A válvula do estado da técnica é dotada de um revestimento de nitreto de cromo com 30 mícron aplicado por PVD e a válvula 1 da presente invenção é dotada do revestimento 7 de carbeto de tungsténio com 45 mícron aplicado por CVD. As figuras mostram que a válvula do estado da técnica sofreu delaminação quando submetida a uma carga de 120N, sendo que a válvula 1 da presente invenção não sofre qualquer delaminação, mesmo quando submetida à carga máxima que a máquina de teste possibilita, 180N. Os resultados mostram um aumento significativao da resistência da válvula 1 da presente invenção, podendo-se concluir que a válvula 1 tem uma resistência à delaminação para cargas superiores a 180N.

A válvula 1 objeto da presente invenção apresenta uma série de vantagens e benefícios em relação às válvulas atualmente conhecidas, quais sejam:

(a) aumento da tenacidade e excelente adesão do revestimento 7 quando comparado com as soluções existentes;

(b) aumento da vida útil da válvula pela deposição do revestimento de carbeto de tungsténio em regiões nas quais, atualmente, a deposição homogénea é difícil;

(c) uso de matéria-prima mais barata;

(d) aumento da dureza e da estabilidade térmica da válvula,

(e) aumento da resistência ao desgaste e ao impacto da válvula; (f) aumento da resistência térmica, química e à corrosão da válvula

1 por conta de um revestimento 7 coeso, denso, sem fissuras e com baixa porosidade; e

(g) capacidade de conciliar em uma válvula 1 propriedades distintas, tal como elevada resistência à corrosão e elevada resistência à fadiga. A presente invenção consegue assim, através de um único revestimento 7, prevenir e conferir as características de resistência mecânica, térmica e química a todas as partes atuantes da válvula 1. Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, como por exemplo, o uso de tratamentos superficiais e recobrimentos cerâmicos e metálicos, com a finalidade de melhorar as características de resistência ao desgaste, corrosão e diminuição das forças de atrito, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.