COMPOSICION DE POLVO BASADA EN HIERRO QUE COMPRENDE UNA COMBINACION DE AGLOMERANTES-LUBRICANTES Y PREPARACION DE LA COMPOSICION DE POLVO.
Una composición metalúrgica mejorada resistente a la segregación y resistente al desprendimiento de polvo fino para fabricación de piezas compactadas,
que comprende:
(a) al menos 80 por ciento en peso de un polvo de hierro o basado en hierro;
(b) al menos un polvo de aleación; y
(c) 0,05 a 2% en peso de una combinación aglomerante/lubricante de cera de polietileno y etileno-bisestearamida, teniendo la cera de polietileno un peso molecular medio ponderal inferior a 1000 y un punto de fusión inferior al de la etileno-bisestearamida, y estando presente en una cantidad comprendida entre 10 y 90% en peso de la combinación aglomerante/lubricante, en donde las partículas del polvo de hierro o basado en hierro están recubiertas con una capa de partículas aglomerantes de cera de polietileno del o de los elementos de aleación y partículas de la etileno-bisestearamida
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W04001905SE.
Solicitante: HOGANAS AB.
Nacionalidad solicitante: Suecia.
Dirección: AWAPATENT AB BOX 1066,251 10 HELSINGBORG.
Inventor/es: RAMSTEDT, MARIA, VIDARSSON, HILMAR, LARSSON, MATS, AHLIN,ASA.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 28 de Octubre de 2009.
Clasificación PCT:
- B22F1/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS. › B22F TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS A PARTIR DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE POLVOS METALICOS (fabricación de aleaciones mediante metalurgia de polvos C22C ); APARATOS O DISPOSITIVOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA POLVOS METALICOS. › Tratamiento especial de polvos metálicos, p. ej. para facilitar su trabajo, para mejorar sus propiedades; Polvos metálicos en sí , p. ej. mezclas de partículas de composiciones diferentes.
- C22C33/02 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 33/00 Fabricación de aleaciones ferrosas (mediante tratamiento con calor C21D 5/00, C21D 6/00). › por metalurgia de polvo.
Clasificación antigua:
Fragmento de la descripción:
Composición de polvo basada en hierro que comprende una combinación de aglomerantes-lubricantes y preparación de la composición de polvo.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una nueva composición de polvo metálico para la industria pulvimetalúrgica. Particularmente, la invención se refiere a una composición de polvo basada en hierro que contiene una composición aglomerante que proporciona también lubricación durante el proceso de compactación utilizado para formar una pieza.
Antecedentes de la invención
En la industria, el uso de productos metálicos fabricados por compactación y sinterización de composiciones de polvo basadas en hierro está extendiéndose a ritmo creciente. Los requerimientos de calidad de estos productos metálicos están aumentando continuamente, y como consecuencia se desarrollan nuevas composiciones de polvo que tienen propiedades mejoradas. Una de las propiedades más importantes de los productos sinterizados finales es la densidad y las tolerancias dimensionales, que tienen que ser, sobre todo, consistentes. Los problemas con las variaciones de tamaño en el producto final proceden a menudo de heterogeneidades en la mezcla de polvo a compactar. Estos problemas son especialmente acusados en el caso de mezclas de polvo que incluyen componentes pulverulentos, que difieren en tamaño, densidad y forma, razón por la cual se produce segregación durante el transporte, almacenamiento y manipulación de la composición de polvo. Esta segregación implica que la composición tendrá una composición no uniforme, lo cual significa a su vez que las piezas hechas de la composición de polvo tienen diferente composición y por consiguiente tienen propiedades diferentes. Un problema adicional es que las partículas finas, particularmente aquellas de menor densidad tales como grafito, causan desprendimiento de polvo fino durante la manipulación de la mezcla de polvos.
El pequeño tamaño de partícula de los aditivos crea también problemas con las propiedades de flujo del polvo, es decir la capacidad del polvo para comportarse como un polvo de fluidez libre. Un flujo deteriorado se manifiesta en sí mismo por un tiempo incrementado para llenado de las matrices con el polvo, lo cual significa menor productividad y un riesgo incrementado de variaciones de densidad del componente compactado, que pueden conducir a deformaciones inaceptables después de la sinterización.
Se han realizado intentos para resolver los problemas arriba descritos por adición de distintos agentes aglomerantes y lubricantes a la composición de polvo. El propósito del aglomerante es aglomerar firme y eficazmente las partículas de pequeño tamaño de los aditivos, tales como componentes de aleación, a la superficie de las partículas de metal base y, en consecuencia, reducir los problemas de segregación y desprendimiento de polvo fino. El propósito del lubricante es reducir la fricción interna y externa durante la compactación de la composición de polvo y reducir también la fuerza de eyección, es decir la fuerza requerida para eyectar el producto finalmente compactado de la matriz.
Diversos agentes aglomerantes orgánicos se describen, por ejemplo en la patente US 4.483.905 (Engstrom) que expone el uso de un agente aglomerante que se describe en términos generales como teniendo "un carácter adhesivo o graso". La patente US 4676831 (Engstrom) describe el uso de ciertos taloils como agentes aglomerantes. Adicionalmente, la patente US 4834800 (Semel) describe el uso de ciertas resinas polímeras formadoras de película que son insolubles o sustancialmente insolubles en agua, como agentes aglomerantes.
Otros tipos de agentes aglomerantes expuestos en la bibliografía de patentes son poli(óxidos de alquileno) que tienen pesos moleculares de al menos aproximadamente 7000, que se describen en la patente US 5298055 (Semel). Combinaciones de ácidos orgánicos dibásicos y uno o más componentes adicionales tales como poliéteres sólidos, poliéteres líquidos, y resinas acrílicas como agentes aglomerantes se describen en la patente US 5290336. Agentes aglomerantes que pueden utilizarse con lubricantes de compactación a temperatura alta se describen en la patente US 5368630 (Luk).
Adicionalmente, la patente de EE.UU US 5480469 (Storström) proporciona una breve revisión del uso de agentes aglomerantes en la industria pulvimetalúrgica. La patente indica que es importante tener no sólo una composición de polvo que tenga el polvo de aleación adherido al polvo basado en hierro por la vía del agente aglomerante, sino tener también un lubricante presente para conseguir una compresibilidad adecuada de la composición de polvo en el interior de la matriz y reducir las fuerzas requeridas para retirar la pieza de la matriz.
Específicamente, la patente US 5480469 expone un método para fijar aditivos en una mezcla pulvimetalúrgica basada en hierro a las partículas de polvo de hierro o basadas en hierro por el uso de un aglomerante de cera de diamida. Con objeto de conseguir una aglomeración eficaz entre las partículas de hierro o basadas en hierro y las partículas de aditivo, la industria pulvimetalúrgica que incluye el aglomerante se mezcla y se calienta a aproximadamente 90-160ºC durante la mezcladura y fusión del aglomerante, y la mixtura se enfría subsiguientemente durante la mezcladura, hasta que se ha solidificado el aglomerante. Por este método, el flujo y la densidad aparente se mejoran sustancialmente y el problema de desprendimiento de polvo fino puede reducirse o eliminarse.
Una propiedad de una mezcla de polvo que no se expone específicamente en la patente US 5.480.469 es la propiedad de lubricación. Esta propiedad adquiere una importancia particular cuando se requieren componentes que tengan alta densidad y/o forma compleja. En conexión con la producción de tales componentes, es esencial que las propiedades de lubricación de la mezcla pulvimetalúrgica utilizada sean satisfactorias, lo cual significa a su vez que la energía necesaria a fin de eyectar el componente de la matriz, es decir la energía de eyección, debe ser baja, lo cual es un requisito previo para un acabado superficial satisfactorio del componente eyectado, es decir un acabado superficial sin arañazo alguno u otros defectos.
US 6.602.315 describe una composición de polvo basado en hierro que comprende un agente aglomerante de cera de polietileno para aglomeración del polvo de aleación con el polvo basado en hierro.
EP 1.179.607 A2 describe un polvo basado en hierro en el cual el o los polvos de aleación se adhiere(n) a la superficie por un aglomerante y, adicionalmente, un lubricante libre.
Los autores de la presente invención han desarrollado ahora una nueva composición de hierro o basada en hierro que se distingue por baja segregación y desprendimiento bajo de polvo fino, flujo satisfactorio y densidad aparente alta, y que se distingue también por propiedades de lubricación satisfactorias, es decir propiedades que son todas ellas importantes para la compactación y sinterización de los polvos a fin de obtener productos de alta calidad.
Sumario de la invención
En resumen, la composición metalúrgica mejorada resistente a la segregación y resistente al desprendimiento de polvo para fabricación de piezas compactadas de acuerdo con la presente invención comprende al menos 80 por ciento en peso de un polvo de hierro o basado en hierro; al menos un polvo de aleación; y 0,05 a 2 por ciento en peso de una combinación aglomerante/lubricante de cera de polietileno y etileno bis-estearamida, teniendo la cera de polietileno un peso molecular medio ponderal inferior a aproximadamente 1000 y un punto de fusión inferior al de etileno-bis-estearamida, y que está presente en una cantidad comprendida entre 10 y 90% en peso de la combinación aglomerante/lubricante. En la composición de polvo utilizada para compactación, la cera de polietileno está presente como una capa o recubrimiento sobre las partículas de hierro o basadas en hierro y aglomera las partículas de los elementos de aleación y las partículas de etileno-bis-estearamida con las partículas de hierro o basadas en hierro. Se prefiere que la composición incluya también un ácido graso y un agente de fluidez. La invención concierne también a un método de preparación de la composición de polvo a compactar.
Descripción detallada de la invención
Como se utiliza en la descripción y las reivindicaciones adjuntas, la expresión "polvo de hierro o basado en hierro" abarca polvos preparados por atomización, preferiblemente atomización con agua. Alternativamente,...
Reivindicaciones:
1. Una composición metalúrgica mejorada resistente a la segregación y resistente al desprendimiento de polvo fino para fabricación de piezas compactadas, que comprende:
- (a) al menos 80 por ciento en peso de un polvo de hierro o basado en hierro;
- (b) al menos un polvo de aleación; y
- (c) 0,05 a 2% en peso de una combinación aglomerante/lubricante de cera de polietileno y etileno-bisestearamida, teniendo la cera de polietileno un peso molecular medio ponderal inferior a 1000 y un punto de fusión inferior al de la etileno-bisestearamida, y estando presente en una cantidad comprendida entre 10 y 90% en peso de la combinación aglomerante/lubricante, en donde las partículas del polvo de hierro o basado en hierro están recubiertas con una capa de partículas aglomerantes de cera de polietileno del o de los elementos de aleación y partículas de la etileno-bisestearamida.
2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cera de polietileno tiene un peso molecular medio ponderal comprendido entre 400 y 800.
3. Composición de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde la combinación aglomerante/lubricante está constituida por 20-70% en peso de la cera de polietileno y 80-30% en peso de la etileno-bisestearamida.
4. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la combinación aglomerante/lubricante está presente en una cantidad de 0,5-1,5% en peso de la composición total.
5. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que incluye adicionalmente un ácido graso en una cantidad de 0,005-0,15, preferiblemente 0,010-0,08 y muy preferiblemente 0,015-0,07% en peso de la composición.
6. Composición de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el ácido graso es ácido esteárico.
7. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que incluye adicionalmente un agente de fluidez en una cantidad de 0,01-1% en peso, preferiblemente 0,025-0,5% en peso de la composición total.
8. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde el agente de fluidez es dióxido de silicio.
9. Método de preparación de una composición metalúrgica mejorada resistente a la segregación y resistente al desprendimiento de polvo fino que contiene polvo de aleación de partículas de etileno-bisestearamida unidas al polvo basado en hierro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende los pasos de:
- - mezclar y calentar un polvo de hierro o basado en hierro, un polvo de elemento de aleación, partículas de etileno-bisestearamida y una cera de polietileno pulverulenta y opcionalmente un ácido graso a una temperatura superior al punto de fusión de la cera de polietileno e inferior al punto de fusión de la etileno-bisestearamida,
- - enfriar la mezcla obtenida a una temperatura inferior al punto de fusión de la cera de polietileno durante un periodo de tiempo suficiente para solidificar la cera de polietileno y aglomerar las partículas del elemento de aleación y las partículas de etileno-bisestearamida a las partículas que contienen hierro a fin de formar partículas de agregados, y opcionalmente,
- - mezclar un agente de fluidez pulverulento que tiene un tamaño de partícula inferior a 200 nanómetros, preferiblemente inferior a 40 nanómetros, con la mezcla obtenida en una cantidad comprendida entre 0,005 y aproximadamente 2% en peso de la composición.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la mezcla se calienta a una temperatura comprendida entre 70 y 150ºC durante un periodo de tiempo entre 1 y 60 minutos.
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