Composición de polvo que incluye un polvo de hierro o a base de hierro y una cantidad lubricante de un alquilalcoxi o poliéteralcoxi silano,

en la que el grupo alquilo del alquilalcoxi silano y la cadena poliéter del poliéteralcoxi silano incluyen entre 8 y 30 átomos de carbono, y el grupo alcoxi incluye 1-3 átomos de carbono

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a composiciones de polvo de metal novedosas útiles para la industria 5 pulvimetalúrgica. La invención también se refiere a un procedimiento para la preparación de componentes metálicos de alta densidad mediante el uso de estas composiciones.

Hay diversas ventajas por el uso de procedimientos 10 metalúrgicos de polvos para producir piezas estructurales en comparación con los procesos correspondientes convencionales de acero totalmente denso. De ese modo, el consumo de energía es mucho menor y el uso de material es mucho mayor. Otro factor importante a favor de la vía 15 pulvimetalúrgica es que los componentes con forma de red o forma casi de red se pueden producir directamente después del proceso de sinterización sin procesos de conformación costosos, como torneado, fresado, taladrado o esmerilado. Sin embargo, normalmente un material de 20 acero totalmente denso tiene propiedades mecánicas superiores en comparación con los componentes de PM. Esto se debe principalmente a la existencia de porosidad en los componentes de PM. Por lo tanto, se ha hecho el esfuerzo de aumentar la densidad de los componentes de PM 25 con el fin de alcanzar valores lo más cercanos posible al valor de densidad de un acero totalmente denso.

Entre los procedimientos usados para alcanzar una mayor densidad de los componentes de PM, el proceso de forjado de polvo tiene la ventaja de que se pueden 30 obtener componentes totalmente densos. El proceso es, sin embargo, costoso y se usa principalmente para la producción en serie de componentes más pesados, como barras de conexión. Los materiales totalmente densos también se pueden obtener mediante presiones elevadas a 35

altas temperaturas, como en el prensado isostático en caliente, HIP, pero este procedimiento también es costoso.

Mediante el uso de la compactación en caliente, un proceso en el que la compactación se realiza a 5 temperatura elevada, habitualmente de 120 hasta 250º C, la densidad se puede aumentar aproximadamente en 0,2 g/cm3, lo que da lugar a una mejora considerable de las propiedades mecánicas. Una desventaja es, sin embargo, que el procedimiento de compactación en caliente supone 10 una inversión y procesamiento adicional. Otros procesos, como el doble prensado, doble sinterización, sinterización a temperatura elevada etc., pueden aumentar adicionalmente la densidad. También estos procedimientos añadirán más costes de producción reduciendo por tanto la 15 rentabilidad general.

Para expandir el mercado de los componentes pulvimetalúrgicos y usar las ventajas de la técnica pulvimetalúrgica, hay una necesidad por tanto de un procedimiento simple y menos caro de conseguir objetos 20 compactos de alta densidad con propiedades mecánicas mejoradas.

Sumario de la invención

Se ha comprobado ahora inesperadamente que se pueden obtener componentes de alta densidad mediante el uso de 25 presiones de compactación elevadas en combinación con un nuevo tipo de composiciones pulverulentas.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una composición de polvo que incluye un polvo de hierro o a base de hierro y una cantidad lubricante de 30 un alquilalcoxi o poliéteralcoxi silano, en la que el grupo alquilo del alquilalcoxi silano y la cadena poliéter del poliéteralcoxi silano incluyen entre 8 y 30 átomos de carbono, y el grupo alcoxi incluye 1-3 átomos de carbono. 35

Las partículas de polvo de hierro o a base de hierro de la composición según el aspecto citado anteriormente pueden tener un tamaño de partícula tal que menos del 5% aproximadamente de las partículas de polvo de hierro o a base de hierro tengan un tamaño inferior a 45 µm. 5

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para la preparación de objetos compactos no sinterizados de alta densidad que comprende las siguientes etapas: provisión de una composición de polvo a base de hierro según el aspecto citado 10 anteriormente; mezcla opcional de dicha composición con grafito y otros aditivos; compactación uniáxica del polvo en un troquel a una presión de compactación de al menos 800 MPa aproximadamente; y expulsión del cuerpo no sinterizado. 15

Descripción detallada de la invención

El término “alta densidad” está destinado a significar objetos compactos que tienen una densidad de al menos aproximadamente 7,3 g/cm3. “Alta densidad” no es un valor absoluto. Una densidad típica que se puede 20 obtener según la técnica anterior para componentes con un único prensado y con un único sinterizado es de aproximadamente 7,1 g/cm3. Mediante el uso de la compactación en caliente se puede alcanzar un aumento de aproximadamente 0,2 g/cm3. 25

En este contexto, el término “alta densidad” está destinado a significar objetos compactos que tienen una densidad de aproximadamente 7,35-7,65 g/cm3 y superior, dependiendo del tipo y cantidad de aditivos usados, y el tipo de polvo a base de hierro usado. Los componentes que 30 tienen densidades inferiores pueden por supuesto producirse también pero se cree que son de menor interés.

El polvo a base de hierro según la presente invención incluye polvo de hierro puro, como polvo de hierro atomizado con agua o gas, polvo de hierro 35

esponjoso, polvo de hierro reducido; polvo de acero parcialmente aleado por difusión; y polvo de acero completamente aleado. El polvo de acero parcialmente aleado por difusión es preferentemente un polvo de acero aleado parcialmente con uno o más de Cu, Ni, Mo. El polvo 5 de acero completamente aleado es preferentemente un polvo de acero aleado con Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S y B. También son de interés los polvos de acero inoxidable.

Con respecto a la forma de las partículas, se 10 prefiere que las partículas tengan una forma irregular como se obtiene mediante la atomización con agua. También el polvo de hierro esponjoso tiene partículas con forma irregular y puede ser de interés.

Una característica de la invención es que el polvo 15 usado tiene partículas gruesas es decir el polvo está prácticamente exento de partículas finas. Se pretende que el término “prácticamente exento de partículas finas” signifique que menos del 5% aproximadamente de las partículas de polvo de hierro o a base de hierro tienen 20 un tamaño inferior a 45 µm según se mide mediante el procedimiento descrito en el documento SS-EN-24-497. Hasta ahora, los resultados más interesantes se han conseguido con polvos constituidos esencialmente por partículas por encima de 106 µm aproximadamente y 25 especialmente por encima de 212 µm aproximadamente. Se pretende que el término “constituidos esencialmente por” signifique que al menos el 40%, preferentemente al menos el 60% de las partículas tienen un tamaño de partícula por encima de 106 y 212 µm, respectivamente. Hasta ahora, 30 los mejores resultados se han obtenido con polvos que tienen un tamaño de partícula medio por encima de 212 µm aproximadamente y sólo menos del 5% inferior a 212 µm. El tamaño de partícula máximo puede ser de 2 mm aproximadamente. La distribución por tamaño de las 35

partículas en los polvos a base de hierro usados en la fabricación de PM se distribuye normalmente con una distribución gaussiana con un diámetro de partícula medio alrededor de 30 a 100 µm y el 10-30% aproximadamente inferior a 45 µm. Los polvos a base de hierro 5 prácticamente exentos de partículas finas se pueden obtener retirando las fracciones más finas del polvo o mediante la fabricación de un polvo que tenga la distribución deseada del tamaño de las partículas.

La influencia de la distribución por tamaño de las 10 partículas y la influencia de la forma de las partículas sobre las propiedades de compactación y las propiedades del cuerpo compactado han estado sujetas a intensos estudios. De ese modo, la patente estadounidense 5.594.186 revela un procedimiento de producción de 15 componentes de PM con una densidad superior al 95% de la densidad teórica mediante el uso de partículas metálicas aciculares sustancialmente lineales que tienen una sección transversal triangular. Los polvos que tienen partículas gruesas también se usan en la fabricación de 20 componentes magnéticos blandos como se da a conocer en por ejemplo las patentes estadounidenses 6-309-748 y 4-190-441.

Una característica crítica según la invención para obtener los productos...

1. Composición de polvo que incluye un polvo de hierro o a base de hierro y una cantidad lubricante de un alquilalcoxi o poliéteralcoxi silano, en la que el grupo 5 alquilo del alquilalcoxi silano y la cadena poliéter del poliéteralcoxi silano incluyen entre 8 y 30 átomos de carbono, y el grupo alcoxi incluye 1-3 átomos de carbono.

2. Composición según la reivindicación 1, en la que 10 menos del 5% aproximadamente de las partículas del polvo de hierro o a base de hierro tienen un tamaño inferior a 45 µm.

3. Composición según la reivindicación 1 ó 2, en la que 15 el grupo alquilo y la cadena poliéter del alquilalcoxi o poliéteralcoxi silano tiene entre 10 y 24 átomos de carbono.

4. Composición según la reivindicación 1, 2 ó 3, en la 20 que el silano se selecciona del grupo que consiste en octil-tri-metoxi silano, hexadecil-tri-metoxi silano, polietilenétertrimetoxi silano con 10 grupos etilen éter.

5. Composición según una cualquiera de las 25 reivindicaciones 1-4, en la que el alcoxi silano está presente en una cantidad de 0,05-0,5%, preferentemente entre 0,1-0,4% y más preferentemente entre 0,15-0,3% en peso.

30

6. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en la que al menos el 40%, preferentemente al menos el 60% del polvo de hierro o a base de hierro consiste en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 106 µm aproximadamente. 35

7. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la que al menos el 40%, preferentemente al menos el 60% del polvo a base de hierro consiste en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 212 µm aproximadamente. 5

8. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 que incluye además hasta un 1% en peso de grafito.

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9. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que incluye además elementos de aleación en una cantidad hasta el 10% en peso.

10. Composición según la reivindicación 9 en la que los 15 elementos de aleación se seleccionan del grupo que consiste en Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S y B.

11. Proceso para la preparación de compactos no 20 sinterizados de alta densidad que comprende las siguientes etapas:

- provisión de una composición de polvo a base de hierro según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10;

- mezcla opcional de dicha composición con 25 grafito y otros aditivos;

- compactación uniáxica del polvo en un troquel a una presión de compactación de al menos 800 MPa aproximadamente; y

- expulsión del cuerpo no sinterizado. 30