Un método para preparar una composición metalúrgica en polvo resistente a la segregación y resistente a la pulverulencia,

que comprende: (a) proporcionar una mezcla de polvo a base de metal y al menos un polvo de aleación; (b) combinar con dicho polvo a base de metal y dicho al menos un polvo de aleación, un agente aglutinante, en ausencia de disolvente, para formar una combinación inicial, en la que el agente aglutinante es un polímero sólido, de bajo punto de fusión o cera que tiene una temperatura de reblandecimiento por debajo de 150ºC y un tamaño medio de partícula al menos en una dirección entre 0,01 y 50 m que comprende: -(i) epoxia, cera de parafina, cera de semilla de algodón, o polietileno que tiene un peso molecular medio ponderado por debajo de 4000; 3000; -(ii) un aceite vegetal hidrogenado sólido o derivado hidrogenado del mismo; o -(iii) una poliolefina sólida, de bajo punto de fusión con un peso molecular medio ponderado por debajo de (c) subir la temperatura de la combinación inicial al menos a 50ºC pero por debajo del punto de fusión del agente aglutinante para efectuar el aglutinamiento entre el polvo a base de metal y al menos un polvo de aleación mediante el agente aglutinante; y (d) bajar la temperatura de la mezcla a temperatura ambiente de modo que se forme la composición metalúrgica en polvo, en la que el polvo a base de metal está presente en una cantidad de al menos 80 por ciento en peso, el polvo de aleación está presente en una cantidad hasta 5% en peso y el agente aglutinante está presente en una cantidad entre 0,05 y 2 por ciento en peso, sobre la base del peso total de la composición metalúrgica en polvo

CAMPO DE LA INVENCIÓN

El proceso se refiere a un proceso de revestimiento. La invención se refiere específicamente a la preparación de composiciones metalúrgicas a base de hierro, y más particularmente, a la preparación de composiciones metalúrgicas que contienen un agente aglutinante que también proporciona lubricación durante el proceso de compactación que se usa para 5 conformar una pieza.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El revestimiento de partículas es un proceso importante para modificar partículas y las propiedades superficiales de las partículas. Los métodos para revestimiento de partículas incluyen el proceso Wurster que se describe en las patentes de Estados Unidos 2.648.609; 3.117.027; y 3.253.944 y más recientemente en las patentes de Estados Unidos 10 4.731.195 y 5.085.930 en las que se fluidizan partículas de alguna manera y a continuación las partículas fluidizadas son revestidas por atomización con materiales de revestimiento disueltos en diversos disolventes o los materiales de revestimiento se atomizan sobre las partículas de núcleo como una masa fundida de baja viscosidad; también se hace revestimiento por atomización en el que las partículas y el material de revestimiento se hacen pasar a través de un atomizador adecuado. Un ejemplo de este método se muestra en la patente de Estados Unidos 4.675.140 en el que el 15 material de revestimiento es un polímero fundido. Un método interesante se presenta en la patente de Estados Unidos 5.262.240 en el que se efectúa el revestimiento mezclando las partículas con un látex y secando la mezcla resultante. En este proceso se produce un agregado revestido. Métodos bien conocidos para el revestimiento de partículas con capas orgánicas pueden usar un agente tensioactivo tal como organosilanos o fluorcarburos para modificar las propiedades superficiales. En este método las partículas se empapan en una disolución y el agente tensioactivo reacciona con la 20 partícula. La patente de Estados Unidos 4.994.326 es un ejemplo de proceso de este tipo y de los materiales que resultan del tratamiento. Finalmente, un método preferido para revestimiento de partícula es la combinación por volteo o la combinación en caliente con alta cizalladura. Una serie de patentes describe este proceso. La patente de Estados Unidos 4.233.387 describe un proceso en el que se tratan vehículos electrofotográficos con resinas termoplásticas aproximadamente a 163ºC. A continuación se enfría la mezcla resultante, se tritura, hasta un tamaño apropiado y se usa 25 para cargar el tóner de una fotocopiadora. La patente de Estados Unidos 4.774.139 describe un proceso para revestir parafina sobre resina termoplástica de fusión en caliente. La patente de Estados Unidos 4.885.175 describe un método para revestir un edulcorante con una cera fundida, enfriar la mezcla, y triturar la masa fría al tamaño deseado. Finalmente, como ejemplo de este proceso de combinación con fusión en caliente, la patente de Estados Unidos 4.1356.566 describe el revestimiento de polvos de hierro con un polímero y aditivos mezclando los ingredientes en un mezclador de cizalladura 30 alta a temperaturas por encima del punto de fusión del material de revestimiento de polímero.

En todos los casos anteriores los procesos carecen de una serie de aspectos importantes. En el proceso de tipo Wurster, todos los métodos implican que se tenga una partícula que sea fluidizable. Típicamente, esta es una partícula al menos con un tamaño medio de 50 micrómetros. Además, en el proceso de tipo Wurster, si se usan disoluciones como vehículo de revestimiento, se tienen que retirar mediante secado el disolvente, agua o disolvente orgánico. Esto es tedioso 35 para las soluciones acuosas y peligroso para los líquidos inflamables. En los métodos de atomización directa existe la dificultad de separación de las partículas revestidas y las no revestidas. Aun cuando la patente de Estados Unidos 4.675.140 describe un método para separación de partículas, esta técnica no es aplicable universalmente a todos los materiales. Hay dos problemas que impiden la aplicación de métodos de combinación en caliente, en los que la temperatura de proceso está por encima del punto de fusión. En primer lugar, la aglomeración es un efecto secundario no 40 deseado para este proceso. Para muchas aplicaciones, la trituración posterior y el proceso de clasificación pueden ser difíciles o demasiado costosos. En segundo lugar, la operación del proceso por encima del punto de fusión hace que resulten costes de energía más altos, lo que es siempre indeseable. La patente de Estados Unidos 5.147.722 enseña un método en el que se puede hacer el revestimiento de las partículas por debajo del punto de fusión del aglutinante polimérico. Bajo las condiciones de este proceso con mezclado a cizalladura alta y presión aplicada alta, las partículas se 45 revisten, pero se forma una matriz de tipo velo. Sin embargo, para diversas composiciones no se desea la aglomeración y el uso de mezcladores de cizalladura alta y presión alta añade capital y coste de operación extras. La patente de Estados Unidos 5.236.694 también enseña que se puede hacer revestimiento de partícula a una temperatura más baja que el punto de fusión del material de revestimiento. Sin embargo, como en la patente de Estados Unidos 5.147.722 el proceso requiere mezclado a cizalladura alta para obtener un buen revestimiento. 50

El uso de partículas revestidas tiene uso en albañilería decorativa, defensores de pozos de petróleo, enmascaramiento de sabor en las industrias alimentaria y farmacéutica y en la industria de metalurgia en polvo. La industria de metalurgia en polvo ha desarrollado composiciones en polvo a base de metal, generalmente polvos a base de hierro, que se pueden procesar en piezas de metal integrales que tienen diversas formas y tamaños para usos en diversas industrias, que incluyen las industrias de automoción y electrónica. Una técnica de procesamiento para producir las piezas 55 desde los polvos de base es cargar el polvo en una cavidad de molde y compactar el polvo a altas presiones. A continuación se retira el compacto verde resultante de la cavidad de molde y se sinteriza para conformar la pieza final.

El uso industrial de piezas de metal fabricadas por compactación y sinterización de composiciones en polvo de metales se está expandiendo rápidamente en una multitud de áreas. La fabricación de estas piezas con composiciones en polvo de metales proporciona beneficios sustanciales en comparación con tener que usar una aleación fundida en el proceso de fabricación. Por ejemplo, las composiciones en polvo de metales permiten que el proceso se efectúe solamente con una máquina de moldeo por compactación a alta presión y un horno de sinterización. Las diferentes piezas 5 se hacen reemplazando simplemente el molde de compactación. Además no hay necesidad de manejar aleaciones fundidas.

En la fabricación de piezas de este tipo, a menudo se mezclan polvos en partículas de hierro o acero al menos con otro elemento de aleación que también está en forma de partículas. Estos elementos de aleación permiten la consecución de resistencia más alta y otras propiedades mecánicas en la pieza final sinterizada. Los elementos de 10 aleación difieren típicamente de los polvos de base de hierro o acero en tamaño de partícula, forma y densidad. Por ejemplo, el tamaño medio de partícula de los polvos a base de hierro es típicamente aproximadamente 70–100 micrómetros, o más, mientras que el tamaño medio de partícula de la mayoría de los ingredientes de aleación es menos de aproximadamente 20 micrómetros, más a menudo menos de aproximadamente 15 micrómetros, y en algunos casos menos de aproximadamente 5 micrómetros. Los polvos de aleación se usan intencionadamente en tal estado finamente 15 dividido para fomentar la homogeneización rápida de los ingredientes de aleación mediante difusión en estado sólido durante la operación de sinterización.

La presencia de materiales de diferente tamaño de partícula conduce a problemas tales como segregación y pulverulencia durante el transporte, almacenamiento y uso. Los polvos de hierro y elemento de aleación se combinan inicialmente en un polvo homogéneo. La dinámica de manejo de la mezcla en polvo durante almacenamiento y 20 transferencia provoca que las partículas más pequeñas de polvo de aleación migren a través de los intersticios de la matriz de polvo a base de hierro, lo que da como resultado una pérdida de homogeneidad de la mezcla o segregación. Por otra parte, las corrientes de aire que se pueden desarrollar dentro de la matriz... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una composición metalúrgica en polvo resistente a la segregación y resistente a la pulverulencia, que comprende:

(a) proporcionar una mezcla de polvo a base de metal y al menos un polvo de aleación;

(b) combinar con dicho polvo a base de metal y dicho al menos un polvo de aleación, un agente aglutinante, en 5 ausencia de disolvente, para formar una combinación inicial, en la que el agente aglutinante es un polímero sólido, de bajo punto de fusión o cera que tiene una temperatura de reblandecimiento por debajo de 150ºC y un tamaño medio de partícula al menos en una dirección entre 0,01 y 50 m que comprende:

(i) epoxia, cera de parafina, cera de semilla de algodón, o polietileno que tiene un peso molecular medio ponderado por debajo de 4000; 10

(ii) un aceite vegetal hidrogenado sólido o derivado hidrogenado del mismo; o

(iii) una poliolefina sólida, de bajo punto de fusión con un peso molecular medio ponderado por debajo de 3000;

(c) subir la temperatura de la combinación inicial al menos a 50ºC pero por debajo del punto de fusión del agente aglutinante para efectuar el aglutinamiento entre el polvo a base de metal y al menos un polvo de aleación mediante el 15 agente aglutinante; y

(d) bajar la temperatura de la mezcla a temperatura ambiente de modo que se forme la composición metalúrgica en polvo,

en la que el polvo a base de metal está presente en una cantidad de al menos 80 por ciento en peso, el polvo de aleación está presente en una cantidad hasta 5% en peso y el agente aglutinante está presente en una cantidad entre 0,05 20 y 2 por ciento en peso, sobre la base del peso total de la composición metalúrgica en polvo.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el polvo de aleación está presente en una cantidad entre 0,25 y 4,0 por ciento en peso.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el agente aglutinante comprende epoxia, cera de parafina o cera de semilla de algodón. 25

4. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el agente aglutinante comprende polietileno sólido que tiene un peso molecular medio ponderado por debajo de 4000.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que el agente aglutinante de polietileno tiene un peso molecular medio ponderado de 2000 o menos.

6. Un método según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que la composición metalúrgica 30 comprende entre 0,25 y 2 por ciento en peso de agente aglutinante de polietileno.

7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el agente aglutinante de polietileno tiene un peso molecular medio numérico entre 500 y 2000.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el agente aglutinante es polietileno que tiene un peso molecular entre 500 y 2000 y el tamaño medio de partícula del polietileno antes de la etapa de 35 combinación está entre 1 y 25 micrómetros.

9. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el agente aglutinante es una poliolefina sólida, de bajo punto de fusión con un peso molecular medio ponderado por debajo de 3000.

10. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el agente aglutinante es un aceite vegetal hidrogenado sólido o derivado hidrogenado del mismo. 40

11. Un método según cualquier reivindicación precedente, en el que la composición comprende al menos 80 por ciento en peso de polvo a base de hierro.