BR0015951B1

BR0015951B1 - combinação de lubrificante e processo para preparação da mesma.

Info

Publication number: BR0015951B1
Application number: BRPI0015951-4A
Authority: BR
Inventors: Hilmar Vidarsson
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2011-07-12
Also published as: CA2394183A1; EP1252274B1; KR20020068362A; CN1225526C; CN1402772A; JP4572050B2; US20010027170A1; BR0015951A; DE60026167T2; WO2001040416A1; ES2254254T3; RU2254362C2; TW524849B; JP2003515661A; KR100738739B1; SE9904367D0; MXPA02005448A; US6413919B2; CA2394183C; JP2010265454A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMBINA-ÇÃO DE LUBRIFICANTE E PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DA MESMA".

A presente invenção refere-se a uma combinação de Iubrifican-tes para metalurgia em pó e à fabricação e uso dessa combinação de lubrifi-cantes. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma combina-ção de lubrificantes incluindo pelo menos dois lubrificantes.

Os metais em pó, por exemplo, ferro em pó, são usados paraprodução de pequenas peças, um tanto quanto intricadas, por exemplo, en-grenagens. A fabricação de tais peças metálicas por meio de tal tecnologiade metalurgia em pó envolve as seguintes etapas:

o metal em pó é misturado com um lubrificante e outros aditivospara formar uma mistura;

a mistura obtida é derramada em um molde e compactada paraformar uma peça usando alta pressão, normalmente da ordem de 200 a1000 mPa;

a peça é ejetada do molde;

a peça é submetida à alta temperatura para decomposição eremoção do lubrificante e para provocar que todas as partículas de metal napeça se sinterizem juntas; e

a peça é resfriada e depois está pronta para uso.

Os lubrificantes são adicionados aos metais em pó por diversasrazões. Uma razão é que eles facilitam a produção dos produtos compactospara sinterização, mediante lubrificação do interior do pó durante o processode compactação. Mediante seleção de apropriados lubrificantes, podem serobtidas densidades mais altas, que freqüentemente é necessário. Além dis-so, os lubrificantes proporcionam a necessária ação de lubrificação que énecessária para se ejetar a peça compactada para fora da matriz. Uma lubri-ficação insuficiente irá resultar em desgaste e arranhamento na superfície damatriz através do excessivo atrito durante a ejeção, resultando em uma defi-ciência prematura da matriz. Os problemas relativos à lubrificação insufici-ente podem ser solucionados de duas maneiras; mediante aumento daquantidade do lubrificante ou mediante seleção de lubrificantes mais efici-entes. Ao se aumentar a quantidade de lubrificante, encontra-se um efeitocolateral indesejável, em que o ganho na densidade através de uma melhor"lubrificação interna" é revertido pelo aumento de volume do lubrificante. Amelhor escolha seria então selecionar lubrificantes mais eficientes. Isso, en-tretanto, tem sido considerado uma tarefa difícil, na medida em que lubrifi-cantes eficientes tendem a apresentar efeitos negativos em relação às pro-priedades de pó da mistura.

Outra possibilidade seria a procura de novas maneiras de com-binar ou de usar os lubrificantes presentemente usados, a fim de torná-losmais eficientes. A presente invenção concerne tal nova combinação de lubri-ficantes presentemente usados. O conceito da invenção, logicamente, nãose encontra limitado aos lubrificantes presentemente usados e conhecidos,sendo também aplicável a lubrificantes futuros.

De acordo com a invenção, o método de tornar os novos lubrifi-cantes mais eficientes envolve as etapas de:

selecionar um primeiro e segundo pó de lubrificante;misturar os pós de lubrificantes; e

submeter a mistura às condições para aderência das partículasdo segundo lubrificante às partículas do primeiro lubrificante, a fim de formaruma combinação de lubrificantes de partículas agregadas, tendo um núcleodo primeiro lubrificante, a superfície do núcleo sendo revestida com partícu-las do segundo lubrificante.

O principal objetivo do primeiro lubrificante é de proporcionar satisfatórias propriedades de lubrificação ao pó, que irá proporcionar densi-dades mais altas e baixas forças de ejeção, enquanto o principal objetivo dosegundo lubrificante é de fornecer uma mistura de pó metálico apresentandosatisfatórias propriedades de pó, tal como altas vazões e uniforme enchi-mento da matriz, que, por sua vez, proporciona alta produtividade e ainda uma distribuição de densidade em uma peça compacta.

Exemplos de lubrificantes dentro do primeiro grupo incluem asbis-amidas de ácidos graxos, tal como etileno-bis-palmitinamida, etileno-bis-estearamida, etileno-bis-araquinamida, etileno-bis-behenamida, hexileno-bis-palmitinamida, hexileno-bis-estearamida, hexileno-bis-araquinamida, hexile-no-bis-behenamida, etileno-bis-12-hidroxiestearamida, disteariladipamida,etc., e monoamidas de ácidos graxos, tal como palmitinamida, estearamida,araquinamida, behenamida, oleiamida. Adicionalmente, o primeiro lubrifi-cante pode incluir uma mistura sólida de dois ou mais lubrificantes.

O segundo lubrificante pode ser selecionado do grupo que con-siste em sabões de elementos de metal, tais como estearato de zinco, estea-rato de lítio.

É preferido que as partículas do(s) lubrificante(s) sejam escolhi-das de forma mais próxima do formato esférico, na medida em que o formatoesférico conduz a vazões e densidade aparente mais altas.

É ainda preferido que o primeiro lubrificante apresente um tama-nho médio de partícula que seja maior que aquele do segundo lubrificante.

Mais particularmente, é preferido que o tamanho médio de partículas do pri-meiro lubrificante seja 2-3 vezes maior que aquele do segundo lubrificante emais particularmente, que o tamanho médio de partículas do primeiro lubrifi-cante seja de pelo menos 15μηβ que o segundo lubrificante apresente umtamanho médio de partículas de no máximo 6 μιτι. Adicionalmente, foi en-contrado que a quantidade do primeiro lubrificante preferencialmente devese situar entre 60 e 90% em peso da combinação total de lubrificante.

Um modo de proporcionar condições para aderência das partí-culas de lubrificante envolve o aquecimento das partículas dos primeiro esegundo lubrificantes, a uma temperatura e período de tempo suficiente parase obter uma ligação física entre as partículas dos primeiro e segundo lubri-ficantes.

Quando misturado com pós metálicos, a concentração da com-binação de lubrificantes mais lubrificantes sólidos convencionais opcionais,encontra-se adequadamente na faixa de 0,1 a 5% em peso, preferencial-mente de 0,3 a 1 % em peso.

Preferencialmente, um pó metálico de interesse é um pó à basede ferro. Exemplos de pó à base de ferro incluem os pós à base de ferro Ii-gados, tal como um pó de ferro previamente ligado ou um pó de ferro tendoos elementos de liga ligados por difusão às partículas de ferro. O pó à basede ferro pode ser também uma mistura de um pó de ferro essencialmentepuro e elementos de liga, que são, por exemplo, selecionados do grupo queconsiste em Ni, Cu, Cr, Mo, Mn, P, Si, V e W. As diversas quantidades dosdiferentes elementos de liga encontram-se entre O e 10, preferencialmenteentre 1 e 6% em peso de Ni, entre 0 e 8, preferencialmente entre 1 e 5 % empeso de Cu, entre 0 e 25, preferencialmente entre 0 e 12% em peso de Cr,entre 0 e 5, preferencialmente entre 0 e 3% em peso de Mo, entre 0 e 1,preferencialmente entre 0 e 0,6% em peso de P, entre 0 e 5, preferencial-mente entre 0 e 2% em peso de Si, entre 0 e 3, preferencialmente entre 0 e1 % em peso de V e entre 0 e 10, preferencialmente entre 0 e 4% em peso de W.

O pó à base de ferro pode ser um pó atomizado ou um pó deferro esponja.

O tamanho de partícula do pó à base de ferro é selecionado,dependendo do uso final do produto sinterizado.

A composição de lubrificantes de acordo com a invenção é por-tanto um lubrificante de superfície modificada tendo um núcleo de um primei-ro lubrificante, em que a superfície do núcleo é revestida de partículas dosegundo lubrificante. Uma comparação entre essa combinação de lubrifi-cantes e uma mistura física dos mesmos lubrificantes mostra que as pro-priedades da combinação do lubrificante são superiores. O mesmo é verda-deiro também para uma mistura fundida e subseqüentemente solidificadados mesmos lubrificantes.

O seguinte exemplo não-limitativo ilustra a presente invenção.

Exemplo

Composições de pó de ferro foram preparadas mediante uso dascomposições de lubrificante preparadas por meio de diferentes métodos. Oslubrificantes foram compostos da recepção comum de 80% de etileno-bis-estearamida (EBS disponível como Hoechst Wachs da Clariant AG, Alema-nha), tendo um ponto de fusão de cerca de 145°C e 20% de estearato de5zinco (disponível da Megret, Reino Unido), tendo um ponto de fusão de cer-ca de 130°C. O teor total de lubrificante foi de 0,8% em peso em todos oscasos. O pó de ferro foi ASC 100,29 (disponível da Hõganàs AB, Suécia) e0,5% em peso de grafite foi misturado com o pó de ferro e o lubrificante.

A primeira composição de lubrificante foi preparada mediantemicronização dos dois ingredientes separadamente, de modo a aferir o ta-manho de partícula abaixo de 30 μm e subseqüentemente misturar à misturade pó de ferro.

A segunda composição de lubrificante foi preparada primeiromediante fusão e solidificação dos lubrificantes, seguido da micronização emistura à mistura de pó de ferro, conforme descrito acima.

O terceiro lubrificante foi preparado mediante aderência das par-tículas de estearato de zinco à superfície do EBS através de aquecimentodas partículas de EBS em temperaturas onde ocorre uma fusão parcial daspartículas de estearato de zinco adicionadas. Dessa forma foi conseguidauma ligação mecânica estável entre as partículas, em que as maiores partí-culas de EBS foram substancialmente cobertas pelas menores partículas deestearato de zinco. Igualmente nesse caso, o tamanho de partícula foi abai-xo de cerca de 30 μm.

Após a mistura, as propriedades do pó das composições de póde ferro foram caracterizadas, incluindo o fluxo de Hall, densidade aparentee o índice de enchimento. O índice de enchimento é uma medida da diferen-ça relativa da densidade de enchimento (FD) entre duas cavidades de dife-rente geometria; embora a extensão e profundidade das cavidades sejam asmesmas (30 mm e 30 mm, respectivamente), uma das cavidades tinha umalargura de 13 mm e a outra cavidade uma largura de 2 mm. A cavidade maislarga proporciona uma maior densidade de enchimento e o índice de enchi-mento é definido como:

índice de Enchimento (%) = ((FDmax - Fdmin)/Fdmax

Na teoria, o índice de enchimento é aproximadamente o mesmoque o da diferença relativa na densidade verde obtida quando um pó é pren-sado em uma cavidaçje tendo cavidades da mesma geometria que as des-critas acima, isto é, com seções de diferentes larguras de tendas, por exem-plo, 13 e 2 mm.

Tabela 1

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Dos resultados apresentados na Tabela 1, é evidente que a mo- dificação do lubrificante de EBS com estearato de zinco de acordo com apresente invenção, proporciona valiosas vantagens nas propriedades de pó,quando comparadas com métodos convencionais de mistura física dos com-ponentes separados em uma mistura de pó ou mediante adição de um pófundido junto com uma composição lubrificante micronizada. A velocidade de fluxo é aumentada e a densidade aparente é elevada. Além disso, é experi-mentado um enchimento mais uniforme, do qual se espera proporcionar umadistribuição de densidade mais uniforme em uma peça complexa prensada,comparado com a mistura feita com lubrificantes convencionais contendoEBS ou quaisquer outros lubrificantes coesivos como constituinte principal.

Claims

1. Processo para preparação de uma combinação de lubrifican-tes, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:selecionar um primeiro pó de lubrificante selecionado do grupoque consiste em bis-amidas de ácido graxo e monoamidas de ácido graxo eum segundo pó de lubrificante selecionado do grupo que consiste em estea-rato de zinco e estearato de lítio,misturar os pós de lubrificantes; esubmeter a mistura às condições para aderência das partículasdo segundo lubrificante às partículas do primeiro lubrificante, através do a -quecimento a temperaturas em que a fusão parcial das partículas do segun-do lubrificante ocorra, a fim de formar uma composição de lubrificantes departículas agregadas, tendo um núcleo do primeiro lubrificante, a superfíciedo núcleo sendo revestida com partículas do segundo lubrificante.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que as condições para aderência das partículas de lubrificante entresi envolve o aquecimento das partículas do primeiro e/ou segundo lubrifican-te a uma determinada temperatura e um período de tempo suficiente, demodo a se obter uma ligação física entre as partículas do primeiro e segundolubrificantes.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as partículas dos primeiro e segundo lubrificantes são subs-tancialmente esféricas.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado em que o primeiro lubrificante apresenta um tamanho médiode partículas de pelo menos 15 μιτι e o segundo lubrificante apresenta umtamanho médio de partículas de no máximo 6 μιτι.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado emque o primeiro lubrificante constitui cerca de 60 a 90% em peso da composi-ção de lubrificantes.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado em que o primeiro lubrificante inclui uma mistura sólida dedois ou mais lubrificantes.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado em que o primeiro agente lubrificante é etileno-bis-palmitinamida, etileno-bis-estearamida, etileno-bis-araquinamida, etileno-bis-behenamida, hexileno-bis-palmitinamida, hexileno-bis-estearamida, hexileno-bis-araquinamida, hexileno-bis-behenamida, etileno-bis-12-hidroxiestea-ramida, disteariladipamida, palmitinamida, estearamida, araquinamida, be-henamida, oleiamida ou uma combinação dos mesmos.

8. Composição lubrificante de partículas agregadas lubrificantes,como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que a compo-sição apresenta um núcleo de um primeiro lubrificante, a superfície do nú-cleo sendo revestida com partículas de um segundo lubrificante, caracteriza-da pelo fato de que primeiro lubrificante é selecionado do grupo que consisteem bis-amidas de ácido graxo e monoamidas de ácido graxo e o segundolubrificante é selecionado do grupo que consiste em sabões de metal.