Acero inoxidable para aplicaciones de filtro.

Filtro que comprende un acero inoxidable sinterizado poroso, que incluye del 10-30% en peso de cromo,

del 5-25% en peso de níquel, del 1-3% en peso de manganeso, del 1-4% en peso de silicio, del 0-3% en peso de molibdeno, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, teniendo dicho acero sinterizado una densidad inferior al 80% de la densidad completa.

Acero inoxidable para aplicaciones de filtro

Campo de la invenciïn La invenciïn se refiere a materiales para filtro. Especïficamente la invenciïn se refiere a materiales para filtros para eliminar componentes daïinos de los motores de combustiïn.

Antecedentes de la invenciïn En la sociedad moderna es habitual el uso de motores de combustiïn interna en, por ejemplo, turismos y vehïculos comerciales. Por motivos medioambientales es de gran interïs reducir los componentes daïinos de los gases de combustiïn de los motores. Por tanto se invierte mucho esfuerzo en la reducciïn de partïculas que se emiten desde los motores, especialmente desde motores diïsel, porque las partïculas de motores diïsel, por ejemplo depïsitos de carbïn, se consideran un problema medioambiental particular.

Los filtros que estïn disponibles en la actualidad para filtrar partïculas de motores diïsel estïn hechos habitualmente de cerïmicas, tales como carburo de silicio. Las partïculas que se capturan en el filtro pueden eliminarse mediante combustiïn a alta temperatura. Un problema que se produce con los filtros de cerïmica es la falta de resistencia al choque tïrmico y mecïnico. Los filtros de cerïmica tambiïn tienen limitaciones en la geometrïa, es decir, hay limitaciones en cuanto a la configuraciïn del filtro.

Se conocen muchos filtros diferentes por lo que respecta a la configuraciïn del filtro, vïanse por ejemplo las patentes estadounidenses 5 215 724, 5 405 423, 5 204 067, 5 240 485, 5 009 857. Sin embargo, la selecciïn de material de los filtros sïlo se comenta de manera superficial y la composiciïn quïmica del filtro no se comenta especïficamente. Asï, por ejemplo, en la patente estadounidense 5 266 279 se menciona que puede usarse acero consistente en un 20% de nïquel y un 25% de cromo, siendo el resto hierro y trazas de manganeso y molibdeno, como material para los hilos que soportan el filtro, que soportan un material de sinterizaciïn, que puede estar hecho de metales, materiales cerïmicos, plïsticos o mezclas de los mismos.

La patente estadounidense 3 993 445 da a conocer un acero inoxidable ferrïtico poroso que tiene una densidad no superior al 80% de la densidad completa. La composiciïn consiste en el 12-30% en peso de cromo, hasta el 1, 5% de manganeso, hasta el 2% de silicio, hasta el 8% de molibdeno, hasta el 0, 04% de azufre, hasta el 0, 15% de carbono, siendo el resto hierro. Dicha composiciïn tiene una resistencia a la corrosiïn en entornos de iones cloruro equivalente a la de los aceros inoxidables austenïticos sinterizados.

La vida ïtil de un filtro estï determinada por la disminuciïn de la permeabilidad al gas a travïs del filtro. Cuando se exponen a gases oxidantes a alta temperatura, los ïxidos se acumulan en la superficie del relleno de metal. Esto significa que disminuyen la porosidad y, por tanto, la permeabilidad al gas a travïs del filtro. Por tanto, una formaciïn de ïxido menor darï como resultado un rendimiento mejorado y un aumento de la vida ïtil del filtro.

Sumario de la invenciïn Ahora se ha encontrado sorprendentemente que puede obtenerse un material de filtro sinterizado que tiene una vida ïtil mejorada, si el material incluye cantidades de manganeso controladas cuidadosamente. Especïficamente, el contenido en manganeso debe estar entre el 1, 0 y 3% en peso del acero sinterizado. Aïadiendo manganeso en este intervalo se mantendrï la permeabilidad durante un tiempo de uso mïs prolongado debido a la menor oxidaciïn del acero sinterizado. Otros elementos del acero sinterizado son del 10-30% en peso de cromo, del 5-25% en peso de nïquel, del 1-4% en peso de silicio y del 0-3% en peso de molibdeno. La cantidad de impurezas inevitables es normalmente inferior al 2% en peso, preferiblemente inferior al 0, 5% en peso.

El filtro tambiïn puede tener una densidad inferior al 70% de la densidad completa. Preferiblemente la densidad estï entre el 25 y el 60% de la densidad completa. Una densidad superior no proporcionarï permeabilidad suficiente al gas y una densidad inferior proporciona una eficacia de filtrado demasiado baja y una resistencia mecïnica baja. Dentro de este intervalo de densidades la permeabilidad del filtro serï suficiente.

Ademïs el filtro puede incluir un refuerzo que mejora la resistencia del filtro. El refuerzo puede ser en forma de fibras, hilo o malla.

Descripciïn detallada de la invenciïn Los polvos usados para la preparaciïn del material de sinterizaciïn segïn la invenciïn son polvos de acero inoxidable que tienen un contenido en manganeso elevado, controlado. Especïficamente estos polvos comprenden del 10-30% de cromo, del 5-25% de nïquel, del 1, 0-3% de manganeso, del 1-4% de silicio y del 0-3% en peso de molibdeno.

Por las patentes estadounidenses 3 980 444 y 4 964 909 se conocen polvos que tienen una composiciïn quïmica similar. Sin embargo, estos polvos conocidos se usan en el sector de la pluvimetalurgia pero, a diferencia de los polvos segïn la presente invenciïn, los polvos conocidos se compactan y se sinterizan a altas densidades.

Por lo que respecta al contenido en silicio, ïste debe mantenerse por encima del 1% en peso para limitar el contenido en oxïgeno del polvo y por debajo del 4% en peso puesto que un contenido en silicio superior no reduce adicionalmente el contenido en oxïgeno.

El polvo segïn la invenciïn puede mezclarse con un material lubricante y/o aglutinante para facilitar, por ejemplo, la consolidaciïn.

En una realizaciïn, el polvo puede esparcirse sobre un soporte para formar un material de filtro. Posteriormente puede sinterizarse el material de filtro. En otra realizaciïn, el polvo se consolida en un molde para formar un elemento de filtro con o sin refuerzo.

Puede proporcionarse un refuerzo al metal en polvo durante la fabricaciïn de un material de filtro. El refuerzo pueden ser fibras, hilo o malla, por ejemplo, metal expandido. El refuerzo puede fabricarse, en una realizaciïn, de un material de acero inoxidable.

La sinterizaciïn puede realizarse en atmïsfera de vacïo o hidrïgeno a una temperatura de 1120ï a 1350ïC. En este contexto, la sinterizaciïn tambiïn puede incluir vaporizaciïn del aglutinante. La sinterizaciïn y la vaporizaciïn tambiïn pueden realizarse como tratamientos independientes.

Sin limitaciïn a ninguna teorïa especïfica se cree que el manganeso, en las cantidades segïn la invenciïn, reducirï la oxidaciïn del filtro a temperaturas elevadas y por tanto prolongarï la vida del filtro. La oxidaciïn darï como resultado menos permeabilidad del filtro y por tanto el rendimiento del filtro se deteriora en un periodo de tiempo mïs corto.

La invenciïn se ilustra mediante los siguientes ejemplos no limitativos:

Ejemplo 1

Se produjeron muestras de filtro a partir del polvo a base de hierro segïn la invenciïn y a partir de un polvo de referencia a base de hierro. Las muestras de filtro eran muestras circulares que tenïan un diïmetro de 10 mm y un grosor de 0, 5 mm. Se fabricaron las muestras de filtro para tener una densidad del 40% de la densidad completa. Se realizï la sinterizaciïn a 1250ïC durante 30 minutos. En la tabla 1 se presenta el anïlisis quïmico en porcentaje en peso de diversos polvos. El polvo de referencia es 310B, que estï disponible de Hïganïs AB, Suecia.

Tabla 1

Material %Cr %Ni %Mn %Si

REF 24, 9 20, 8 0, 0 2, 67

A 22, 4 20, 4 1, 03 2, 44

B 24, 4 19, 7 2, 03 2, 01

C 24, 6 20, 2 3, 03 2, 45

D 24, 8 20, 0 4, 02 2, 86

A continuaciïn se calentaron las muestras de filtro hasta una temperatura predeterminada de 800ïC durante 2 minutos en aire y a continuaciïn se enfriaron hasta temperatura ambiente durante 30 segundos. A continuaciïn se repitiï este ciclo durante un periodo de 20 horas. Se registrï el peso de las muestras cada 15 ciclos para medir la 45 acumulaciïn de ïxido. La finalidad de esta prueba es provocar y medir la oxidaciïn de las muestras. En el diagrama 1 se presenta la dependencia con respecto al tiempo y el aumento de peso para cada material sometido a prueba. Es evidente el efecto de determinados contenidos de manganeso. A partir del diagrama 1 puede observarse que se consigue una disminuciïn notable en el aumento de peso aïadiendo manganeso en un contenido de aproximadamente el 2% en peso. Un intervalo preferido para el contenido en manganeso estï entre el 1% y el 3%.

Ejemplo 2

Se realizaron mediciones de caïda de presiïn para evaluar el rendimiento del filtro tras un determinado tiempo de uso. Las mediciones se realizaron aplicando 0, 5 bar de aire comprimido a la entrada en un dispositivo de sujeciïn de 55 filtro. A continuaciïn se midiï... [Seguir leyendo]

1. Filtro que comprende un acero inoxidable sinterizado poroso, que incluye del 10-30% en peso de cromo, del 5-25% en peso de nïquel, del 1-3% en peso de manganeso, del 1-4% en peso de silicio, del 0-3% en peso de molibdeno, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, teniendo dicho acero sinterizado una densidad inferior al 80% de la densidad completa.

2. Filtro segïn la reivindicaciïn 1, que tiene una densidad inferior al 70% de la densidad completa.

3. Filtro segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 ï 2, que tiene una densidad entre el 25% y el 60% de la densidad completa.

4. Filtro segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende ademïs un refuerzo.

5. Filtro segïn la reivindicaciïn 4, en el que el refuerzo es en forma de fibras, hilo o malla.