BR0210388B1 - método para a preparação de compactos de densidade elevada para aplicações magnéticas macias em campos magnéticos que se alternam. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA A PREPARAÇÃO DE COMPACTOS DE DENSIDADE ELEVADA PARA APLICAÇÕES MAGNÉTICAS MACIAS EM CAMPOS MAGNÉTI- COS QUE SE ALTERNAM".
Campo da Invenção
Esta invenção refere-se ao campo geral da metalurgia dos pós. De modo específico, a invenção refere-se a um método para a preparação de produtos magnéticos macios de alta densidade.
Fundamentos da Invenção
Em anos recentes o uso de metais em forma de pó para a fabri- cação de componentes de núcleos magnéticos macios tem se expandido e a pesquisa tem sido direcionada ao desenvolvimento de composições de pó de ferro que aumentem determinadas propriedades físicas e magnéticas sem que afetem de forma prejudicial outras propriedades. Para essa finali- dade, têm sido feitos muitos esforços com a finalidade de prover revestimen- tos elétricos que isolem as partículas individuais de pó de ferro e muitos e- xemplos de revestimentos diferentes estão descritos na técnica.
Desse modo, de acordo com o documento de patente US 3.245.841 é preparado um pó isolado através do tratamento de pó de ferro com uma solução de revestimento que inclui ácido fosfórico e ácido crômico. Os revestimentos de isolamento também estão descritos, por exemplo, nos documentos de patentes US 5.798.177 e DE 34 39 397. De acordo com es- sas publicações, os revestimentos são obtidos através do tratamento dos pós com base em ferro com soluções de revestimento que incluem o ácido fosfórico. O produto compactado preparado a partir dos pós isolados é trata- do em seguida com calor. Um outro tipo de revestimento está descrito na patente norte-americana US 4 602 957. De acordo com essa patente, é pre- parado um núcleo de pó magnético através do tratamento de um pó de ferro com uma solução aquosa de dicromato de potássio, secando o pó, compri- mindo o pó para a formação de um compacto e tratando o compacto com calor em substancialmente 600 °C. Em outros processos conhecidos partícu- las de ferro macio são revestidas com materiais termoplásticos antes de se- rem comprimidas. Os documentos de patente US 4.947.065 e US 5.198.137 relatam esses métodos por meio dos quais os pós de ferro são revestidos com material termoplástico. Um método mais recente de revestimento de pós com base em ferro para aplicações magnéticas macias está descrito na PCT SE 97/00283. Assim, através da utilização de tipos diferentes de reves- timentos e de técnicas de revestimento diferentes as propriedades deseja- das tais como elevada capacidade de permeabilidade através de uma faixa de freqüência prolongada, elevada resistência pressionada, baixa perda de núcleos e adequabilidade com relação a técnicas de moldagem por com- pressão tem sido ultimamente melhoradas de forma considerável.
Além do desenvolvimento de pós revestidos para aplicações magnéticas macias, também têm sido feitos esforços com a finalidade de melhorar as propriedades de pós não revestidos como está descrito no do- cumento de patente US 6.331.270.
A patente EP 1 047 518 se refere a um processo para comprimir um pó de metal esférico, aglomerado com pelo menos 15% em peso de um hidrocolóide termo-reversível como agente aglutinante, em um processo de pressão uniaxial, com velocidade ram superior a 2 m/s para um corpo verde tendo uma densidade alta. Os produtos obtidos podem ser altamente resis- tentes, unidades altamente rígidas ou partículas de aço inoxidável ou outras ligas.
A presente invenção, por sua vez, fornece em contraste aos en- sinamentos da patente EP 1 047 518, partículas magnéticas macias com- pactas, feitas de pós de ferro isoladas eletricamente ou com base em ferro, tendo propriedades magnéticas macias aprimoradas, tal como permeabilida- de inicial. Os pós com base em ferro ou ferro isolado apresentam forma irre- gular. A presente invenção tem por base o resultado surpreendente de que quando um determinado pó isolado eletricamente é submetido a compacta- ção por HVC, a permeabilidade inicial e estabilidade de freqüência são apri- moradas comparadas quando tais pós são submetidos à compactação unia- xial convencional à baixa velocidade e à mesma densidade compactada.
Foi descoberto agora que as propriedades magnéticas, tais co- mo a capacidade de permeabilidade inicial como uma função da freqüência (estabilidade de freqüência), pode ser melhorada através da utilização de uma técnica de compactação de alta velocidade (HVC), a qual está descrita com mais detalhe abaixo. Foi inesperada de forma especial a descoberta de que, para uma determinada densidade, a capacidade de permeabilidade ini- cial em freqüências diferentes são mais altas de forma significativa com essa técnica de HVC e que essas propriedades tem sido observadas tanto para as partículas de pó isoladas como as não isoladas.
Objetivos da invenção
Um objetivo da invenção é o de prover um método para a prepa- ração de produtos magnéticos macios de alta densidade, de modo específi- co produtos que tenham uma densidade acima de 7,25, de preferência aci- ma de 7,30 e de maior preferência acima de 7,35 g/ cm3.
Um segundo objetivo é o de prover um método de compactação adaptado ao uso industrial para a produção em massa de tais produtos de alta densidade.
Um terceiro objetivo é o de prover corpos compactados que te- nham uma densidade elevada e uma resistência verde elevada.
Um quarto objetivo é o de prover corpos compactos magnéticos macios que tenham uma capacidade de permeabilidade inicial elevada. Sumário da invenção
Em resumo, o método para a preparação de tais compactos de alta densidade compreende as etapas de submeter um pó magnético macio de ferro ou com base de ferro a uma compactação por HVC com um movi- mento de pressão uniaxial com uma velocidade de socador de pelo menos 2m/ segundo. As partículas de pó estão isoladas eletricamente.
Descrição detalhada da invenção
O pó de base, isto é, o pó não-isolado, pode ser um pó de ferro atomizado em água substancialmente puro ou um pó de fero do tipo de es- ponja que tenha partículas de formato irregular. Nesse contexto a expressão "substancialmente puro" significa que o pó deve estar substancialmente livre a partir de inclusões e que as quantidades de impurezas de O, C e N devem ser mantidas em um mínimo. Os tamanhos médios de partícula estão de um modo geral abaixo de 300 μητι e acima de 10 μηη. Os exemplos de tais pós são ABC 100.30, ASC 100.29, AT 40.29, ASC 200, ASC 300, NC 100,24, SC 100.26, MH 300, MH 40.28, MH 40.24 disponíveis da Hõganàs AB, Suécia.
Um revestimento de isolamento pode ser aplicado com a finali- dade de aumentar as propriedades em campos magnéticos alternantes. Um tal revestimento também permite o tratamento com calor, o que aumenta ainda mais as propriedades magnéticas. Acredita-se, que o revestimento e o método de revestimento não são importantes e o revestimento pode ser, por exemplo, outro revestimento que não os descritos acima. São de preferência especiais os revestimentos delgados com base em fósforo e sílica, alumínio e titânio.
Com a finalidade de serem obtidos produtos que tenham a alta densidade desejada, de acordo com a presente invenção o método de com- pactação é importante. O equipamento de compactação usado de modo normal não funciona de forma bem satisfatória, na medida em que o esforço sobre o equipamento será muito grande. Foi descoberto agora que as altas densidades exigidas podem ser obtidas através da utilização de uma máqui- na de percussão controlada por computador descrita no documento de pa- tente US 6.202.757, a qual fica incorporada a este relatório por referência. De modo específico, o soquete de impacto usado por essa máquina de per- cussão pode ser usado para imprensar a parte de cima de um molde que inclui o pó em uma cavidade que tenha um formato que corresponda ao for- mato desejado do componente compactado final. Quando suplementado com um sistema para a sustentação de um molde, como por exemplo, um molde usado de forma convencional, e uma unidade para o enchimento do pó (a qual também pode ser de um tipo convencional) essa máquina de per- cussão permite um método para ser usado de forma industrial para a produ- ção de compactos de alta densidade. Uma vantagem importante de modo especial é que, em contraste com os métodos propostos anteriormente, este arranjo acionado através de força hidráulica permite uma produção em mas- sa (produção contínua) de tais componentes de alta densidade. No documento de patente US 6.202.757 é declarado que o uso da máquina de percussão envolve uma moldagem "adiabática". Como não está esclarecido de forma total se a compactação é adiabática em um signi- ficado estritamente científico e por ter-se usado a expressão compactação de alta velocidade (HVC) para esse tipo de compactação na qual a densida- de do produto compactado é controlada através da energia de impacto trans- ferida para o pó.
De acordo com a presente invenção, a velocidade do soquete deve ser acima de 2 m/ segundo. A velocidade do soquete é uma maneira de proporcionar energia ao pó através da batida na matriz. Não existe uma equivalência linear entre a pressão da compactação em uma prensa con- vencional e a velocidade do soquete. A compactação que é obtida com essa HVC controlada através de computador depende, além da velocidade de impacto do soquete, isto é, sobre a quantidade de pó a ser compactada, o peso do corpo de impacto, o número de impactos ou de golpes, o compri- mento do impacto e a geometria final do componente. Além do mais, quanti- dades grandes de pó requerem mais impactos do que as quantidades pe- quenas de pó. Dessa forma, as condições ideais para a compactação de HVC, isto é, a quantidade de energia cinética que deve ser transferida para o pó, pode ser decidida por experimentos realizados pela pessoa versada na técnica. Ao contrário do que é informado no documento de patente US 6.202.757, não existe no entanto a necessidade de ser usada uma seqüên- cia específica de impactos que envolvam um golpe leve, um golpe de ener- gia elevada e um golpe de energia média para a compactação do pó. De acordo com a presente invenção, os golpes (se mais do que um golpe for necessário) podem ser idênticos de forma essencial e proporcionar a mesma energia ao pó.
Experimentos com equipamento existente permitiram velocida- des de impacto de até 30 m/ segundo, como está ilustrado nos exemplos, altas densidades verdes são obtidas com velocidades de impacto de cerca de 10 m/ s. O método de acordo com a invenção não está, no entanto, restri- to a essas velocidades de impacto, porem acreditamos que velocidades de impacto de até 100 ou mesmo de até 200 ou 250 m/ s possam ser usadas. As velocidades de impacto abaixo de cerca de 2 m / s, no entanto não dão o efeito pronunciado de densificação. É de preferência que a velocidade do impacto seja acima de 3 m/ s. De mais preferência a velocidade de impacto está acima de 5 m/ s.
A compactação pode ser executada com um molde lubrificado. Também é possível ser incluído um lubrificante específico no pó a ser com- pactado. De forma alternativa, uma combinação dos mesmos pode ser usa- da. O lubrificante pode ser selecionado entre os lubrificantes utilizados de 1forma convencional tais como os sabões de metal, ceras e materiais termo- plásticos, tais como poliamidas, poliimidas, poliolefinas, poliésteres, polialcó- xidos, e poliálcoois. Os exemplos específicos de lubrificantes são o estearato de zinco, Hwax® e Kenolube®. A quantidade de lubrificante pode variar até 1 % em peso da composição em pó.
A invenção também é ilustrada através dos exemplos que se seguem.
Exemplo 1
Este exemplo ilustra a possibilidade de ser obtida uma permea- bilidade inicial elevada com um pó magnético macio (Somaloy 500 disponí- vel de Hõganãs, Suécia), as partículas do qual são isoladas eletricamente.
100 g de pó foram usadas em uma ferramenta de anel com as dimensões de 0 72/56. Ambas a compactação convencional e a compacta- ção HVC foram usadas. Foram testadas as duas misturas que se seguem:
Somaloy 500 + 0,2 % Kenolube *
Somaloy 500 + 0% de Kenolube *
* Lubrificante disponível de Hõganãs AB1 Suécia
A máquina de compactação foi o Model HYP 35-4 da Hydropul- sor Suécia
O mesmo tipo de lubrificação da parede do molde foi usado para ambas as misturas e para ambos os métodos em compactação.
A densidade verde foi determinada através do Princípio de Ar- quimedes (1). <formula>formula see original document page 8</formula>
mair = Massa no ar
mw = massa na água
A altura, o diâmetro interno e externo foi medido em cada uma das amostras. Depois da compactação os toróides foram enrolados com 25 voltas de arame de cobre isolado. A indutância do enrolamento foi medida a 1000 e a 2000 Hz com um medidor HP 4284 -A LCR. A indutância foi medi- da em correntes baixas(10 mA) e a capacidade de permeabilidade inicial foi calculada a partir de (2).
μ,η= Ι_*Ι*10"3/Ν2*Αμο)
L = indutância medida em μΗβm-γ
I = comprimento magnético em centímetros
N = número de voltas
A = área da seção transversal em cm2
μ0 = capacidade de permeabilidade do espaço livre.
As amostras têm a mesma geometria e o teste foi feito exata- mente da mesma maneira. Em uma determinada densidade uma diferença inesperada com relação à permeabilidade inicial pode ser observada entre as amostras compactadas por HVC e de maneira convencional, como pode ser observado a partir da Figura 1. As velocidades de impacto para a com- pactação por HVC foram de cerca de 7 a 8 m/ s.
Exemplo 2
Este exemplo ilustra a possibilidade de ser obtida uma capaci- dade de permeabilidade inicial elevada e uma estabilidade de freqüência elevada com um pó (ABC 100.30 disponível da Hõganãs, Suécia) as partícu- las do qual não foram isoladas eletricamente antes da compactação.
As amostras têm a mesma geometria e os testes foram feitos exatamente da mesma maneira. Em uma determinada densidade uma dife- rença inesperada com relação à permeabilidade inicial pode ser observada entre as amostras compactadas por HVC e de maneira convencional, como pode ser observado a partir das Figuras 2 e 3. Foram adicionados 0,2 e 0,5 % de um lubrificante específico (Kenolube®) ao pó de ferro antes da compac- tação. Os comprimentos de impacto usados para a compactação por HVC na Figura 2 foram de 85 e de 100 mm, que correspondem à velocidade de soquete de 8 e de 9 m/s respectivamente. Os comprimentos dos golpes u- sados para a compactação por HVC na Figura 3 foram de 70 e de 90 mm, 5 que correspondem às velocidades de soquete de 7,5 e de 8,5 m/ s, respecti- vamente.
Exemplo 3
Anéis com as dimensões de 0 50/30 χ 10 mm foram compacta- dos por HVC com impactos duplos. O material dos anéis foi Somaloy 500® tanto com 0,5 % ou 0,1 % misturados com Kenolube®. A compactação com a mistura que continha 0,1% de Kenolube teve lugar com o auxílio de lubrifica- ção das paredes do molde. A Tabela 1 fornece os dados da compactação e da densidade teórica, verde e percentual.
Tabela 1: Dados da Compactação
<table>table see original document page 9</column></row><table>
Depois da compactação por HVC e do tratamento com calor a 500 °C durante 30 minutos no ar as amostras foram enroladas com 25 voltas de direção e 150 voltas de tração e medidas em um gráfico de histerese LDJ 3500. A tabela 2 mostra que a alta indução magnética para os componentes de pó não sinterizados pode ser conseguida com a HVC. É mantida uma resistividade elevada que pode ser observada com facilidade a partir dos dados de perda de núcleo na tabela 2. Tabela 2: Propriedades magnéticas
<table>table see original document page 10</column></row><table>
Claims (8)
1. Método para a preparação de compactos de densidade eleva- da para aplicações magnéticas macias em campos magnéticos que se alter- nam, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: submeter um pó magnético macio de ferro isolado eletricamente ou com ba- se de ferro à compactação por HVC com um movimento de pressão uniaxial com uma velocidade de soquete de pelo menos 2 m/ s.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a compactação é realizada em uma velocidade de soquete aci- ma de 3, de preferência acima de 5 m/ s.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a compactação é controlada através da energia de impacto transferida para o pó.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a compactação é executada como uma compactação a quente.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de ser para a preparação de compactos que te- nham uma densidade acima de 96% da densidade teórica.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de ser para a preparação de compactos que te- nham uma densidade acima de 98 % da densidade teórica.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a compactação é executada em um mol- de lubrificado, com ou sem lubrificante interno.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a compactação é executada com um pó que inclui no máximo 1, de preferência no máximo 0,5 % em peso de um lubrificante.
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