Granos abrasivos a base de corindón de zirconio.

Granos abrasivos a base de Al2O3 y ZrO2 fundidos en horno de arco eléctrico con un contenido de

- Al2O3 entre 52 y 62 % en peso,

- ZrO2 entre 35 y 45 % en peso, en cuyo caso en total al menos 70 % en peso del ZrO2, respecto del contenido total de ZrO2, se encuentra en la modificación tetragonal y cúbica de alta temperatura,

- compuestos de titanio en una forma reducida, principalmente en forma de óxidos y/o subóxidos y/o carburos y/o oxicarburos y/o oxicarbonitruros y/o siliciuros, entre 1 y 5 % en peso, expresados como TiO2,

- Y2O3 entre 0.5 y 3.0 % en peso,

- compuestos de Si entre 0.2 y 0.7 % en peso, expresados como SiO2, un

- carbón total entre 0.03 y 0.5 % en peso e

- impurezas ocasionadas por la materia prima de menos de 3.0 % en peso,

caracterizados porque

la proporción de peso de TiO2 a Y2O3 es de 1:2 a 5:1.

Granos abrasivos a base de corindón de zirconio La presente invención se refiere a granos abrasivos a base de corindón de zirconio fundido en un horno de arco eléctrico con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Partículas cerámicas de este género que se producen mediante enfriamiento extremadamente rápido de un material fundido de óxido de aluminio y óxido de zirconio son conocidas desde hace muchos años y se emplean exitosamente como granos abrasivos y/o materiales refractarios. Principalmente al usar como granos abrasivos se ha demostrado que altas porciones de modificación tetragonal de alta temperatura del óxido de zirconio en el producto tienen un efecto ventajoso sobre la calidad y el rendimiento de abrasión de los granos abrasivos. La modificación de alta temperatura del óxido de zirconio en el corindón de zirconio fundido habitualmente se obtiene enfriando rápidamente, de manera brusca, el material fundido de óxido de aluminio y óxido de zirconio en presencia de óxidos metálicos activos, generalmente conocidos como estabilizantes para la modificación de alta temperatura, tales como óxido de titanio, óxido de itrio, óxido de magnesio, óxido de calcio u otros.

De esta manera, en la US 5, 525, 135 (EP 0 595 081 B1) se describe un grano abrasivo a base de corindón de zirconio en el cual está presente en más de 90% en peso del óxido de zirconio en forma de modificación tetragonal de alta temperatura. La estabilización de la fase de alta temperatura se efectúa en este caso adicionando óxido de titanio en presencia de carbón como agente de reducción en el material fundido líquido y rápidamente enfriando de manera brusca a continuación el material fundido. De esta manera se generan compuestos de titanio reducidos en forma de subóxidos, carburos y/o oxicarburos, en cuyo caso la estabilización de las fases de alta temperatura del óxido de zirconio probablemente se efectúa por medio de los subóxidos del titanio.

En la US 7, 122, 064 B2 (EP 1 341 866 B1) se describen granos abrasivos a base de corindón de zirconio en los cuales la fase de alta temperatura del óxido de zirconio también se estabiliza con compuestos de titanio en una forma reducida, principalmente en forma de óxidos, subóxidos, carburos y/o oxicarburos. Los granos abrasivos descritos en la EP 1 341 866 B1 tienen adicionalmente un contenido de compuestos de silicio entre 0.2 y 0.7 % en peso, expresado como SiO2. Aunque el efecto estabilizante de los compuestos reducidos de titanio se disminuye significativamente por la adición de SiO2, la viscosidad del material fundido también disminuye en gran medida al mismo tiempo, por lo cual se facilita el enfriamiento brusco del material fundido, en cuyo caso el material líquido se vierte entre placas metálicas. Esto tiene un efecto positivo en la estructura del grano abrasivo terminado de modo que, de esta manera puede lograrse una estructura cristalina particularmente fina y homogénea, la cual aparte de tener porciones tan altas como son posibles de modificación de alta temperatura del óxido de zirconio, es otro criterio importante para la calidad del producto.

En la US 4, 457, 767 se describe un grano abrasivo de corindón de zirconio que contiene entre 0.1 y 2 % en peso de óxido de itrio, el cual es conocido como estabilizante para las modificaciones de alta temperatura del óxido de zirconio. Se conoce que el efecto estabilizante del Y2O3 es más pronunciado para las fases de alta temperatura del óxido de zirconio que en el caso de TiO2 reducido, de modo que tiene que emplearse comparativamente menos Y2O3 para obtener porciones comparables de fases de alta temperatura.

Granos abrasivos a base de corindón de zirconio pertenecen hoy en día a los granos abrasivos convencionales más importantes para el procesamiento de los más diversos tipos de acero, y por lo tanto se han hecho grandes esfuerzos en todo el mundo para mejorar el rendimiento de estos granos abrasivos.

De esta manera, en la US 7, 011, 689 B2 se describen granos cerámicos fundidos de corindón de zirconio que contienen preferiblemente 35 a 50 % en peso de óxido de zirconio, 48 a 65 % en peso de óxido de aluminio, por debajo de 0.4 % en peso de SiO2 y hasta 10 % en peso de al menos uno de los óxidos del grupo de óxido de itrio, óxido de titanio y óxido de magnesio. Los granos cerámicos de este tipo se funden en presencia de carbono y metal de aluminio como agente de reducción. En este caso se ha intentado mejorar la calidad mediante un control particular del proceso en el cual, por una parte, se ha empleado un aluminio metálico en combinación con carbón como agente de reducción y, por la otra, se ha operado el horno de arco eléctrico a una tensión de 175 a 205 V con una energía específica de 2.5 -4 kWh por kilogramo de material empleado a fin de hacer el producto generado de esta manera menos susceptible a la oxidación. Como estabilizantes en la US 7, 011, 689 B2 se describen el óxido de itrio, el óxido de titanio y el óxido de magnesio, en cuyo caso se ha llegado a la conclusión que se prefieren modalidades estabilizadas con itrio (columna 16, renglones 16-18) . Una combinación de óxido de titanio y óxido de itrio como estabilizantes se describe en el ejemplo 22 para un material con un contenido de 28.1 % en peso de óxido de zirconio. La proporción de óxido de titanio a óxido de itrio se encuentra en este caso en alrededor de 4:1. Con 0.25% en peso, el óxido de itrio se encuentra en una concentración tan baja que se sabe que presenta sólo un efecto estabilizante extremadamente bajo. No se especifican ventajas particulares para esta combinación y más bien, se describe que el producto se encuentra por fuera de la invención debido a su porosidad.

En la US 2008/0028685 A1 se describe una mezcla de granos de corindón de zirconio fundidos que presentan 40 a 45.5% en peso de óxido de zirconio, 46 a 58 % en peso de óxido de aluminio, hasta 10 % en peso de aditivos, menos de 0.8 % en peso de SiO2 y menos de 1.2 % en peso de impurezas. Los granos de corindón de zirconio se caracterizan porque tienen menos de 2% de inclusiones y porque la concentración de nódulos globulares, medidos sobre una superficie cortada de un grano aleatorio de esta mezcla, en al menos el 50% de los casos es de más de 500 glóbulos por mm2. Como posibles aditivos se mencionan óxido de itrio, óxido de titanio, óxido de magnesio y de calcio, óxido de neodimio, lantano, cerio, disprosio y erbio o algún otro compuesto de la familia de las tierras raras o mezclas de las mismas, en cuyo caso en la reivindicación 20 se cuantifica la cantidad de aditivos y se describen explícitamente como posibles aditivos el óxido de itrio con 0.1 a 1.2 % en peso y/o óxido de titanio con 0.1 a 3 % en peso y/o óxido de silicio con menos de 0.4 % en peso en presencia de óxido de zirconio con 42 a 44 % en peso. Sin embargo, no se menciona de manera concreta ni se pone de relieve una combinación de estos aditivos.

La producción direccionada de nódulos e inclusiones con los cuales se caracterizan los granos de corindón de zirconio no es el objeto del documento arriba mencionado, más bien los productos se producen de manera convencional a partir de las materias primas en el material fundido y a continuación se analizan los granos obtenidos de esta manera, en cuyo caso, aparte de otros estudios, se analizan ópticamente las concentraciones de nódulos e inclusiones sobre las secciones talladas.

Puesto que se conoce que la estructura del corindón de zirconio tiene influencia en su desempeño, se ha intentado caracterizar la estructura mediante nódulos e inclusiones existentes a fin de poder ordenar de esta manera las mezclas de granos cuya estructura y concentración de nódulos e inclusiones se caracterizan por un número determinado y debido a esta estructura puede esperarse un rendimiento determinado. Por lo tanto, el presente documento describe teóricamente un nuevo tipo de control de calidad de salida para un producto ya conocido.

Una combinación de óxido de itrio con óxido de titanio es conocida a partir de la EP 0 480 678 A2, en la cual, en la página 6 en la tabla 1, se describe un grano abrasivo (ejemplo E) que tiene una composición química que contiene 57% en peso de óxido de aluminio, 39.5% en peso de óxido de zirconio, 0.5% en peso de óxido de itrio y 2.12% en peso de óxido de titanio. El objetivo de esta solicitud es producir un abrasivo para esmeril lado a base de corindón de zirconio, que debe tener un contenido de fase tetragonal de máximo 30% en peso, con base en el contenido de peso total de óxido de zirconio. El producto se funde en condiciones oxidantes y después del enfriado brusco del material fundido se somete a un tratamiento térmico al aire, a fin de obtener,... [Seguir leyendo]

1. Granos abrasivos a base de Al2O3 y ZrO2 fundidos en horno de arco eléctrico con un contenido de -Al2O3 entre 52 y 62 % en peso, -ZrO2 entre 35 y 45 % en peso, en cuyo caso en total al menos 70 % en peso del ZrO2, respecto del contenido total 5 de ZrO2, se encuentra en la modificación tetragonal y cúbica de alta temperatura, -compuestos de titanio en una forma reducida, principalmente en forma de óxidos y/o subóxidos y/o carburos y/o oxicarburos y/o oxicarbonitruros y/o siliciuros, entre 1 y 5 % en peso, expresados como TiO2, -Y2O3 entre 0.5 y 3.0 % en peso, -compuestos de Si entre 0.2 y 0.7 % en peso, expresados como SiO2, un -carbón total entre 0.03 y 0.5 % en peso e -impurezas ocasionadas por la materia prima de menos de 3.0 % en peso, caracterizados porque la proporción de peso de TiO2 a Y2O3 es de 1:2 a 5:1.

2. Granos abrasivos de acuerdo con la reivindicación 1, 15 caracterizados porque el contenido de compuestos de titanio, expresados como TiO2, es de 1.5 % en peso a 4.0 % en peso y el contenido de Y2O3 es de 0.5 % en peso a 2.0 % en peso, cada uno respecto del peso del grano abrasivo terminado.

3. Granos abrasivos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizados porque el contenido de compuestos de titanio, expresados como TiO2, conjuntamente con el contenido de Y2O3 se encuentra entre 2.0 y 6.0 % en peso, preferiblemente entre 3.0 y 5.0 % en peso, respecto del peso del grano abrasivo terminado.

4. Granos abrasivos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque la proporción de peso de TiO2:Y2O3 es de 2:1 a 4:1.

5. Granos abrasivos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque en los granos abrasivos más del 20% en peso del óxido de zirconio se presenta en la fase ICA de alta temperatura y más del 50% en peso del óxido de zirconio se presenta en la fase tetragonal de alta temperatura, cada uno respecto 30 del contenido total de óxido de zirconio.