COMPOSICION DE POLVO MAGNETICO BLANDO QUE COMPRENDE PARTICULAS AISLADAS Y UN LUBRICANTE SELECCIONADO ENTRE ORGANO-SILANOS, -TITANATOS, -ALUMINATOS Y CIRCONATOS Y UN PROCEDIMIENTO PARA SU PREPARACION.
Una composición de polvos ferromagnéticos para una compactación en matriz para producir partes compuestas magnéticas blandas de densidad elevada que comprenden partículas nucleares magnéticas blandas basadas en hierro en que al menos un 40% de dichas partículas nucleares basadas en hierro consisten en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 106 μ
m y en que menos de 5% de dichas partículas nucleares basadas en hierro tienen un tamaño de partícula por debajo de 45 μm y en que la superficie de las partículas nucleares está rodeada por un revestimiento inorgánico aislante y una cantidad lubricante de 0,05-0,5% de un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en silanos, titanatos, aluminatos, circonatos o sus mezclas, que tiene la siguiente fórmula general: M(R1)n(R2)men la que M es un átomo central seleccionado entre Si, Ti, Al o Zr,R1 es un grupo hidrolizable, R2 es un grupo que consiste en un resto orgánico lubricante, en que la suma de m+n es el número de coordinación del átomo central; n es un número entero ≥q 1 y m es un número entero ≥q 1
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2003/002067.
Solicitante: HOGANAS AB.
Nacionalidad solicitante: Suecia.
Dirección: AWAPATENT AB BOX 1066 251 10 HELSINGBORG SUECIA.
Inventor/es: ANDERSSON, OLA, SKOGLUND, PAUL, VIDARSSON, HILMAR, KNUTSSON, PER, KEJZELMAN,MIKHAIL, SKARMAN,BJORN.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 22 de Diciembre de 2003.
Fecha Concesión Europea: 7 de Julio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B22F1/00A4N
- B22F1/02 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. › B22F 1/00 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. › que comprende el revestimiento de las partículas.
- H01F1/26 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS. › H01F 1/00 Imanes o cuerpos magnéticos, caracterizados por los materiales magnéticos pertinentes; Empleo de materiales específicos por sus propiedades magnéticas. › por medio de sustancias orgánicas macromoleculares.
Clasificación PCT:
Clasificación antigua:
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Composición de polvo magnético blando que comprende partículas aisladas y un lubricante seleccionado entre órgano-silanos, -titanatos, -aluminatos y circonatos y un procedimiento para su preparación.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a nuevas composiciones de polvo metálico. Más específicamente, la invención se refiere a un nuevo polvo basado en hierro que es útil para la preparación de materiales magnéticos blandos que tienen propiedades mejoradas cuando se usan tanto a frecuencias elevadas como bajas. La invención también se refiere a un método para la fabricación de materiales compuestos magnéticos blandos preparados a partir de los mismos.
Antecedentes de la invención
Los materiales magnéticos blandos se usan para aplicaciones, como materiales de núcleos en inductores, estátores y rotores para máquinas eléctricas, accionadores, detectores y núcleos de transformadores. Tradicionalmente los núcleos magnéticos blandos, como rotores y estátores en máquinas eléctricas, están hechos de materiales estratificados apilados de acero. Los materiales compuestos magnéticos blandos, SMC, están basados en partículas magnéticas blandas, habitualmente basadas en hierro, con un revestimiento aislante de la electricidad en cada partícula. Al compactar las partículas aisladas opcionalmente de forma conjunta con lubricantes y/o aglutinantes usando el procedimiento tradicional de metalurgia de polvos, se obtienen las partes de los SMC. Usando esta técnica metalúrgica de polvo es posible producir materiales que tienen un grado de libertad de diseño del componente de SMC mayor que usando los materiales estratificados de acero, ya que el material de SMC puede portar un flujo magnético tridimensional y se pueden obtener formas tridimensionales mediante el procedimiento de compactación.
Dos características clave de un componente del núcleo de hierro son sus características de permeabilidad magnética y de pérdida del núcleo. La permeabilidad magnética de un material es una indicación de su capacidad para resultar magnetizado o su capacidad para portar un flujo magnético. La permeabilidad se define como la relación del flujo magnético inducido relativo a la fuerza magnetizante o intensidad de campo. Cuando un material magnético es expuesto a un campo variable, se producen pérdidas de energía debidas tanto a pérdidas por histérisis como pérdidas de corrientes inducidas. La pérdida de histérisis se lleva a cabo mediante el consumo de energía necesario para superar las fuerzas magnéticas retenidas en el componente del núcleo de hierro. La pérdida de corriente inducida se lleva a cabo mediante la producción de corrientes eléctricas en el componente del núcleo de hierro debido al flujo cambiante provocado por las condiciones de las corrientes alternas (AC). Es deseable una resistividad eléctrica elevada del componente con el fin de minimizar las corrientes inducidas.
La investigación en la fabricación metalúrgica de polvos de componentes de núcleos magnéticos usando polvos revestidos basados en hierro se ha dirigido al desarrollo de composiciones de polvos de hierro que mejoran ciertas propiedades físicas y magnéticas sin afectar perjudicialmente a otras propiedades del componente final. Las propiedades deseadas de los componentes incluyen, por ejemplo, una elevada permeabilidad a través de un intervalo de frecuencias prolongado, pérdidas bajas del núcleo, elevada inducción de saturación y resistencia elevada. Normalmente, una densidad aumentada del componente mejora la totalidad de estas propiedades con la condición de que pueda ser mantenida una resistividad eléctrica suficiente. Las propiedades deseadas de los polvos incluyen el carácter adecuado para técnicas de moldeo por compresión lo que significa, por ejemplo, que el polvo puede ser fácilmente moldeado para un componente de densidad elevada, que puede ser fácilmente expulsado de la instalación de moldeo sin daños sobre la superficie del componente.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a una nueva composición de polvo ferromagnético que es adecuada para una compactación hasta dar componentes compuestos de densidad elevada. Más específicamente, la presente invención se refiere a una nueva composición de polvos que comprende partículas nucleares basadas en hierro magnético blando o hierro, cuya superficie está rodeada por un revestimiento inorgánico aislante de la electricidad y esta composición incluye también una cantidad lubricante de silanos, titanatos, aluminatos o circonatos, como se define en la reivindicación 1.
La presente invención incluye también un método para preparar materiales compactados en bruto de densidad elevada y opcionalmente tratados con calor a partir de estas composiciones. Este método comprende las etapas de proporcionar la composición, mezclar opcionalmente dicha composición con aditivos, como lubricantes convencionales (es decir, lubricantes particulares) y aglutinantes así como agentes mejoradores del flujo, compactar de forma uniaxial en una matriz a presión elevada y expulsar la estructura en bruto, que puede ser posteriormente tratada con calor.
Descripción detallada de la invención
Los polvos ferromagnéticos usados en la presente invención están constituidos por hierro o una aleación que contiene hierro opcionalmente en combinación con hasta 20% en peso de uno o más elementos seleccionados entre el grupo que consiste en aluminio, silicio, cromo, niobio, molibdeno, níquel y cobalto. Preferentemente, el nuevo polvo está basado en un polvo de base que consiste esencialmente en hierro puro. Este polvo podría estar constituido, por ejemplo, por polvos de hierro atomizados en agua o atomizados en gases disponibles en el comercio o polvos con contenido reducido de hierro, como polvos esponjosos. La forma de las partículas del polvo podría ser redonda, irregular o lisa.
Los revestimientos aislantes de la electricidad preferidos que pueden ser usados según la invención, son revestimientos finos que contienen fósforo del tipo descrito en la patente de EE.UU. 6348265. También pueden ser usados otros revestimientos, preferentemente inorgánicos, por ejemplo, revestimientos basados en Cr, Mg, Mo, Zn, Ni o Co.
El agente lubricante usado según la invención es de un tipo de órgano-silanos, órgano-titanatos, órgano-aluminatos u órgano-circonatos. Esta clase de sustancias se denomina a menudo agentes modificadores de la superficie, agentes acoplantes o agentes reticulantes dependiendo de la funcionalidad química de sus grupos conectados. El tipo específico de órgano-silanos, órgano-titanatos, órgano-aluminatos u órgano-circonatos que se usan según la presente invención y que pueden ser denominados compuestos órgano-metálicos se distinguen por la presencia de al menos un grupo hidrolizable y al menos un resto orgánico lubricante. Este tipo de compuestos puede estar definido por la siguiente fórmula general:
en la que M es un átomo central seleccionado entre Si, Ti, Al y Zr; R1 es un grupo hidrolizable; R2 es un grupo que consiste en un resto orgánico lubricante, en la que la suma de m+n debe ser igual al número de coordinación del átomo central y en la que n es un número entero
Particularmente, R1 es un grupo alcoxi que tiene menos de 12 átomos de C. Se prefieren los grupos alcoxi que tienen menos de 6 y, los más preferidos, son grupos alcoxi que tienen 1-3 átomos de C. R1 puede ser también un grupo quelato, como un residuo de ácido hidroxiacético (-OC(O))-CH2O-) o un residuo de etilenglicol (-OCH2CH2O-).
R2 es un grupo orgánico que incluye entre 6-30, preferentemente 10-24 átomos de carbono que incluye opcionalmente uno o más heteroátomos seleccionados entre el grupo que consiste en N, O, S y P. R2 es un grupo que consiste en un resto orgánico, que no es fácilmente hidrolizado y a menudo es lipófilo y puede ser una cadena de un alquilo, éter, éster, fosfo-alquilo, fosfono-alquilo, fosfolípido o fosfo-amina. El fósforo puede estar presente en forma de grupos fosfonato, pirofosfato o fosfito. Adicionalmente, R2 puede ser lineal, ramificado, cíclico o aromático.
Un grupo preferido de silanos lubricantes según la presente invención son los alquil-alcoxi-silanos...
Reivindicaciones:
1. Una composición de polvos ferromagnéticos para una compactación en matriz para producir partes compuestas magnéticas blandas de densidad elevada que comprenden partículas nucleares magnéticas blandas basadas en hierro en que al menos un 40% de dichas partículas nucleares basadas en hierro consisten en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 106 μm y en que menos de 5% de dichas partículas nucleares basadas en hierro tienen un tamaño de partícula por debajo de 45 μm y en que la superficie de las partículas nucleares está rodeada por un revestimiento inorgánico aislante y una cantidad lubricante de 0,05-0,5% de un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en silanos, titanatos, aluminatos, circonatos o sus mezclas, que tiene la siguiente fórmula general:
en la que M es un átomo central seleccionado entre Si, Ti, Al o Zr,
R1 es un grupo hidrolizable,
R2 es un grupo que consiste en un resto orgánico lubricante,
en que la suma de m+n es el número de coordinación del átomo central;
n es un número entero
m es un número entero
2. Una composición según la reivindicación 1, en la que el compuesto está presente como una capa lubricante sobre las partículas aisladas.
3. Una composición según la reivindicación 1 ó 2, en la que R1 es un grupo alcoxi que tiene menos de 12, preferentemente menos de 6 y, lo más preferentemente, menos de 3 átomos de carbono.
4. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que R1 es un grupo quelato.
5. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que el grupo quelato es un residuo de ácido hidroxiacético (-O(O=C)-CH2O-) o un residuo de etilenglicol (-OCH2CH2O-).
6. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en la que R2 es un grupo orgánico que incluye entre 6-30, preferentemente 10-24 átomos de carbono y que incluye opcionalmente uno o más heteroátomos seleccionados entre el grupo que consiste en N, O, S y P.
7. Una composición según la reivindicación 6, en la que el grupo R2 es lineal, ramificado, cíclico o aromático.
8. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, en la que el grupo R2 es una cadena seleccionada entre el grupo que consiste en alquilo, éter, éster, fosfo-alquilo, fosfolípido o fosfoamina.
9. Una composición según la reivindicación 8, en la que el R2 se selecciona entre el grupo que consiste en fosfato, pirofosfato o fosfito.
10. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la que el compuesto se selecciona entre el grupo que consiste en alquil-alcoxi-silanos y poliéter-alcoxi-silanos.
11. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el compuesto se selecciona entre el grupo que consiste en octil-triometoxi-silano, hexadecil-trimetoxi-silano, polietileno-éter-trimetoxi-silano, isopropil-triisoestearil-titananto, isopropil-tri(dioctil)fosfato-titanato, neopentil(dialil)oxi-trineodecanoil-circonato, neopentil(dialil)oxi-tri(dioctil)fosfato-circonato y diisobutil-acetoacetil-aluminato.
12. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en la que el revestimiento inorgánico aislante de las partículas basadas en hierro está basado en fósforo.
13. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en la que las partículas nucleares basadas en hierro consisten esencialmente en hierro puro.
14. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en la que al menos un 60% de las partículas nucleares basadas en hierro consisten en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 106 μm.
15. Una composición de polvos según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en la que al menos un 20%, preferentemente al menos un 40% y lo más preferentemente al menos un 60% de las partículas nucleares basadas en hierro consisten en partículas que tienen un tamaño de partícula por encima de 212 μm.
16. Una composición que comprende un compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-15, en la que la cantidad del compuesto está presente en una cantidad de 0,07-0,45% y preferentemente 0,08-0,4% en peso.
17. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1-16, que está opcionalmente mezclada con aditivos como lubricantes particulares, aglutinantes o agentes mejoradores del flujo.
18. Procedimiento para la preparación de materiales compuestos magnéticos blandos que tienen una densidad de al menos 7,45 g/cm3, que comprende las etapas de
- proporcionar una composición de polvos de hierro o basados en hierro según una cualquiera de las reivindicaciones 1-17;
- compactar uniaxialmente la composición de polvos magnéticos blandos obtenida en una matriz a una presión de compactación de al menos 800 MPa; y
- expulsar la estructura en bruto de la herramienta de compactación; y, opcionalmente
- tratar con calor la estructura compactada.
19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que la compactación se realiza a una presión de al menos 900 MPa, más preferentemente al menos 1.000 MPa y, lo más preferentemente, por encima de 1.100 MPa.
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