DE112004002264T5

DE112004002264T5 - Metallurgische Pulverzusammensetzungen sowie Artikel und Verfahren, die diese verwenden

Info

Publication number: DE112004002264T5
Application number: DE112004002264T
Authority: DE
Inventors: Christopher T. Schade; Jack A. Hamill, Jr.
Original assignee: Hoeganaes Corp
Current assignee: Hoeganaes Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-10-12
Also published as: WO2005053881A3; ES2304096A1; CA2547582A1; CA2547582C; EP1706234A2; US7322187B2; BRPI0416929A; WO2005053881A2; EP1706234A4; JP2007522338A; ES2304096B1; US20050112375A1

Abstract

Eine metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension bestehend aus:
einem vorlegiertien magnetischen Pulver umfassend:
von etwa 0,01 bis etwa 0,4 Gewichtsprozent Columbium basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers,
und
eine äußere Oxidschicht, und
eine Trägerflüssigkeit,
wobei das vorlegierte magnetische Pulver in der Trägerflüssigkeit suspendiert ist.

Description

VERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung stammt ab und beruht auf der am 26. November 2003 eingereichten, vorläufigen Anmeldung mit der Seriennr. 60/525.571, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Anmeldung übernommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf metallurgische Pulverzusammensetzungen, hieraus hergestellte Artikel sowie Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere bezieht die Erfindung sich auf magneto-rheologische Zusammensetzungen.
HINTERGRUND
In Anwesenheit eines Magnetfeldes verändert sich die ersichtliche Viskosität magneto-rheologischer Flüssigkeiten. Metallurgische Pulverzusammensetzungen, die magneto-rheologischen Eigenschaften aufweisen, setzen sich üblicherweise aus magnetischen Teilchen zusammen, beispielsweise ferro- oder paramagnetischen Teilchen, die in einem Trägermedium suspendiert sind.
Wenn magneto-rheologische Zusammensetzungen einem Magnetfeld ausgesetzt sind, werden die magnetischen Teilchen der magneto-rheologischen Zusammensetzung polarisiert und dadurch in Teilchenketten organisiert. Die Teilchenketten bringen sich in Linien, um die scheinbare Viskosität bzw. den Strömungswiderstand der Gesamtflüssigkeit zu erhöhen. In Abwesenheit eines Magnetfeldes kehren die Teilchen in einen unorganisierten oder freien Zustand zurück, und die ersichtliche Viskosität bzw. der Strömungswiderstand des Gesamtmaterials wird entsprechend reduziert.
Herkömmliche magneto-rheologische Zusammensetzungen werden in U.S. Patent Nr. 2.667.237 (das Patent 237) beschrieben. Patent 237 offenbart eine Dispersion para- oder ferromagnetische Teilchen in einer Flüssigkeit, einem Kühlmittel, oder einem halbfesten Fett, beispielsweise Eisenpulver oder leichtem Maschinenöl. In einer Ausführungsform beschreibt Patent 237 Carbonyl-Eisenpulver.
Magneto-rheologische Zusammensetzungen werden als ein starres Verbindungsmaterial in linearen und rotierenden Mechanismen verwendet, beispielsweise in Bremssystemen, in Suspensionsdämpfern in Fahrzeugen sowie in Energieerzeugungseinrichtungen. In Dämpfungseinrichtungen erlauben magneto-rheologische Zusammensetzungen, dass die Viskosität einer dämpfenden Flüssigkeit als Antwort auf ein angelegtes Magnetfeld geändert wird. Die Fahrsteifigkeit kann durch das Regeln des Stroms in einer elektrischen Spule in einem Dämpfer gesteuert werden. Folglich ist es leicht, die Steifigkeit einer Radaufhängung zu steuern.
Die Haftfestigkeit magneto-rheologischer Zusammensetzungen in Anwesenheit eines Magnetfeldes hängt teilweise von der auf die Flüssigkeit angelegten Stärke des Magnetfeldes sowie der Größe der magnetischen Teilchen ab. Magneto-rheologische Zusammensetzungen mit großen magnetischen Teilchen weisen eine größere Fließfestigkeit und eine größere Haftfähigkeit auf.
Wegen des großen Unterschieds zwischen dem spezifischen Gewicht der magnetischen Teilchen und dem der Trägerflüssigkeit ist die Leistung magneto-rheologischer Zusammensetzungen leider oft unbeständig. Folglich neigen große Teilchen dazu, sich aus der Suspension abzulagern. U.S. Patent Nr. 5.645.752 offenbart beispielsweise eine magneto-rheologische Flüssigkeit mit einem thixotropischen Netzwerk, um die Teilchen zu stabilisieren und Ablagerung zu verhindern. Magneto-rheologische Zusammensetzungen mit kleineren magnetischen Teilchen lagern sich nicht ohne weiteres aus einer Suspension ab, weisen aber eine geringere Fließfestigkeit und eine geringere Haftfähigkeit auf, wenn auch sie dazu tendieren, leichter zu „klumpen", wodurch das Fließvermögen der Zusammensetzung beeinträchtigt wird.

Die Leistung herkömmlicher magneto-rheologischer Zusammensetzungen verschlechtert sich außerdem teilweise im Laufe der Zeit durch Oxidation der magnetischen Teilchen, insbesondere in Hochtemperaturanwendungen. Hersteller forschen daher nach magnetorheologischen Zusammensetzungen, deren Leistung sich nicht verschlechert und die eine hohe Fließfestigkeit sowie eine hohe Haftfestigkeit beibehalten. Daher werden Zusammensetzungen erwünscht, die diese Anforderungen erfüllen.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG

Die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen der vorliegenden Erfindung enthalten Pulverteilchen mit einer äußeren Oxidschicht sowie eine Trägerflüssigkeit. Das magnetische Pulver wird in der Trägerflüssigkeit suspendiert. Magnetische Pulver schließen auf Metall basierende Pulver ein, beispielsweise mit anderen Elementen vorlegierte Eisenpulver. Legierende Materialien sind u.a. Molybdän, Mangan, Magnesium, Chrom, Silizium, Kupfer, Nickel, Gold, Vanadium, Columbium (Niob), Graphit, Phosphor, Aluminium, Calcium, Bor, Titan oder Kombinationen hiervon. Trägerflüßigkeiten sind u.a. herkömmliche Kohlenwasserstofföle oder auf Silizium basierende Flüssigkeiten. Die äußere Oxidschicht enthält Legierungsmaterialien, die mit Sauerstoff komplexiert sind.

Die magnetischen Pulver weisen niedrige Oxidationsgeschwindigkeiten über einen breiten Temperaturbereich auf, beispielsweise weniger als etwa 0,25%/min/m² bei 180 °C und weniger als etwa 0,40%/min/m² bei 230 °C, wie durch thermogravimetrische Analyse oder Differenzthermoanalyse gemessen werden kann.

Die Artikel der vorliegenden Erfindung, die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen verwenden, sind u.a. Einrichtungen, die magneto-rheologische Flüssigkeiten verwenden, beispielsweise Dämpfer mit einer Kammer, einem Kolben, der sich in der Kammer hin- und herbewegt, einer in der Kammer angeordneten metallurgischen Zusammensetzung sowie einer operativ mit der Kammer verbundenen Quelle des Magnetismus. Wenn die Quelle des Magnetismus aktiviert ist, produziert sie ein Magnetfeld, das die Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension verändert. So wie die Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen sich erhöht, wird mehr Kraft benötigt, um den Kolben hin- und herzubewegen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Mikrostruktur eines beispielhaften magnetischen Pulvers mit einer äußeren Oxidschicht.
2a zeigt eine Schaltung, bei der kein Dipolmoment auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension angelegt wird.
2b zeigt eine Schaltung, bei der ein Dipolmoment auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension angelegt wird.
3 zeigt einen Dämpfer, der eine metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension enthält.
4 zeigt eine Schnittansicht des Dämpfers der 3 gemäß deren Linie I.
5 zeigt eine weitere Schnittansicht des Dämpfers der 3 gemäß deren Linie II.
6 zeigt eine Grafik, die die Oxidationsgeschwindigkeit eines magnetischen Pulvers anzeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen, Artikel, die diese enthalten, sowie Verfahren zur Herstellung dieser. Die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen enthalten magnetische Pulverteilchen mit einer äußeren Oxidschicht sowie eine Trägerflüssigkeit. Die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen weisen magnetorheologische Eigenschaften auf, wobei die Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzung sich durch die Einwirkung eines Magnetfeldes verändert. Die magnetischen Pulver mit einer äußeren Oxidschicht weisen niedrige Oxidationsgeschwindigkeiten über einen breiten Temperaturbereich auf und sind dabei verschleißfest, insbesondere in Hochtemperaturanwendungen.
Artikel, die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen enthalten, sind u.a. herkömmliche Einrichtungen, beispielsweise Suspensionsdämpfer in Fahrzeugen. Die Dämpfer haben ein Gehäuse, einen Zylinder, einen Kolben, der sich in dem Zylinder hin- und herbewegt, eine metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension sowie eine operativ mit der Kammer verbundene Quelle des Magnetismus. Wenn die Quelle des Magnetismus aktiviert ist, produziert sie ein Magnetfeld, das die Viskosität der sich in der Kammer befindenden metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension verändert. So wie die Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen sich erhöht, wird mehr Kraft benötigt, um den Kolben hin- und herzubewegen.
So wie sie in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, sind metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen Zusammensetzungen, die magneto-rheologische Eigenschaften aufweisen, wobei die scheinbare Viskosität sich in Anwesenheit eines Magnetfel des verändert. Wenn magneto-rheologische Zusammensetzungen einem Magnetfeld ausgesetzt sind, werden sie polarisiert und können als organisierte Teilchenketten betrachtet werden, die in einer Trägerflüssigkeit suspendiert sind. Die Teilchenketten bringen sich in Linien, um die ersichtliche Viskosität bzw. den Strömungswiderstand der Gesamtflüssigkeit zu erhöhen. In Abwesenheit eines Magnetfeldes kehren die Teilchen in einen unorganisierten oder freien Zustand zurück, und die scheinbare Viskosität bzw. der Strömungswiderstand des Gesamtmaterials wird entsprechend reduziert. Veränderungen der scheinbaren Viskosität der Zusammensetzung werden in Millisekunden gemessen. Herkömmliche magneto-rheologische Zusammensetzungen werden z.B. in den U.S. Patenten Nr. 5.645.752 und 2.667.237 offenbart, die in ihrer Gesamtheit von der vorliegenden Erfindung mit ihrem Offenbarungsgehalt umfasst sind.
Die metallurgischen Pulverzusammensetzungen enthalten ein magnetisches Pulver oder eine Mischung solcher Pulver. Die magnetischen Pulver sind vorzugsweise auf Metall basierende Pulver der Art, die üblicherweise in der pulvermetallurgischen Industrie verwendet werden, wie z.B. auf Eisen basierende Pulver. Beispiele von auf Eisen basierenden Pulvern, so wie der Begriff in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, sind Pulver aus im Wesentlichen reinem Eisen, Pulver aus mit anderen Elementen (z.B. Stahl herstellenden Elementen) vorlegiertem Eisen, die die Festigkeit, die Härtbarkeit, die elektromagnetischen Eigenschaften oder weitere wünschenswerte Eigenschaften des Endproduktes verbessern, sowie Pulver aus Eisen, mit denen solche weiteren Elemente durch Diffusion gebunden worden sind.
Im Wesentlichen reine Eisenpulver, die bei dieser Erfindung verwendet werden, sind Pulver aus Eisen, das nicht mehr als etwa 1,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,5 Gewichtsprozent normale Verunreinigungen enthält. Beispiele solcher hochkomprimierbaren metallurgisch-klassifizierten Eisenpulver sind die Serie ANCORSTEEL 1000 aus reinen Eisenpulvern, z.B. 1000, 1000B und 1000C, die von Hoeganaes Corporation, Riverton, New Jersey, vertrieben werden. Das Eisenpulver ANCORSTEEL 1000 hat beispielsweise ein typisches Siebprofil von etwa 22 Gewichtsprozent der Teilchen unter einem Sieb Nr. 325 (U.S. Serie) und etwa 10 Gewichtsprozent der Teilchen, die größer als ein Sieb Nr. 100 sind, wobei der Rest sich zwischen diesen beiden Größen (Restmengen größer als Sieb Nr. 60) befindet. Das Pulver ANCORSTEEL 1000 hat eine Rohdichte von etwa 2,85 – 3,00 g/cm³, üblicherweise von 2,94 g/cm³. Weitere bei der Erfindung verwendete Eisenpulver sind typische Schwammeisenpulver wie z.B. das Pulver ANCOR MH-100 von der Firma Hoeganaes.
Das auf Eisen basierende Pulver kann optional ein oder mehrere legierende Elemente enthalten, die die weichen magnetischen oder metallurgischen Eigenschaften des metallischen Endteils verbessern. Solche auf Eisen basierenden Pulver sind Pulver aus Eisen, vorzugsweise im Wesentlichen aus reinem Eisen, die mit einem oder mehreren solcher Elemente vorlegiert worden sind. Die vorlegierten Pulver werden dadurch hergestellt, dass eine Schmelze aus Eisen und den gewünschten legierenden Elementen gebildet und dann atomisiert wird, wobei die atomisierten Tröpfchen nach der Verfestigung das Pulver bilden. Die Schmelzmischung wird unter Verwendung herkömmlicher Atomisierungsmethoden, z.B. Wasseratomisierung, atomisiert. Bei einer anderen Ausführungsform werden magnetische Pulver dadurch hergestellt, dass ein auf Metall basierendes Pulver zuerst bereitgestellt wird, und dass das Pulver danach mit einem legierenden Material beschichtet wird.
Als nicht einschränkende Beispiele legierender Elemente, die mit den auf Eisen basierenden Pulvern vorlegiert sind, können Molybdän, Mangan, Magnesium, Chrom, Silizium, Kupfer, Nickel, Gold, Vanadium, Columbium (Niob), Graphit, Phosphor, Titan, Aluminium oder Kombinationen hiervon erwähnt werden. Die Menge des eingearbeiteten legierenden Elements bzw. der eingearbeiteten legierenden Elemente hängt von den in der endgültigen Zusammensetzung gewünschten Eigenschaften ab. Vorlegierte Eisenpulver, die solche legierenden Elemente enthalten, sind bei Hoeganes Corp. in der Form ihrer Pulverserie ANCORSTEEL erhältlich.
Die auf Eisen basierenden Pulver werden vorzugsweise mit Columbium, Titan oder einer Kombination der beiden oder mindestens mit einem anderen legierenden Material legiert. Weiter bevorzugt ist ein auf Eisen basierendes Pulver mit Columbium und mindestens einem anderen legierenden Material legiert.
Ein weiteres Beispiel der auf Eisen basierenden Pulver sind durch Diffusion gebundene, auf Eisen basierende Pulver, die aus Teilchen aus im Wesentlichen reinem Eisen bestehen, die eine Schicht oder einen Überzug eines oder mehrerer weiterer Metalle, wie z.B. Stahl herstellender Elemente, haben, die in die Außenoberflächen der Teilchen diffundiert werden. Solche im Handel erhältlichen Pulver sind beispielsweise das durch Diffusion gebundene Pulver DI-STALOY 4600A von Hoeganaes Corporation, das etwa 1,8% Nickel, etwa 0,55% Molybdän und etwa 1,6% Kupfer enthält, sowie das durch Diffusion gebundene Pulver DISTALOY 4800A von Hoeganaes Corporation, das etwa 4,05% Nickel, etwa 0,55% Molybdän und etwa 1,6% Kupfer enthält.
Weitere auf Eisen basierende Pulver, die in der Praxis der Erfindung geeignet sind, sind ferromagnetische Pulver. Ein Beispiel ist ein Pulver aus mit kleinen Mengen Phosphor vorlegiertem Eisen.
Die Teilchen des Eisens oder des vorlegierten Eisens haben eine mittlere Teilchengröße von der kleinen Größe von 1 μm oder weniger oder bis zu etwa 850 – 1.000 μm, aber im Allgemeinen haben die Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 10 – 500 μm.
Die Trägerflüssigkeiten werden nach ihrer Fähigkeit ausgesucht, Veränderungen der Eigenschaften der Flüssigkeit auf Grund von Temperaturschwankungen zu widerstehen. Trägerflüssigkeiten schließen herkömmliche Trägerflüssigkeiten ein, die dem Fachmann bekannt sind. Trägerflüssigkeiten sind beispielsweise Öle wie Maschinenöle oder auf Silizium basierende Flüssigkeiten. Öle sind u.a. natürliche und synthetische Kohlenwasserstoffe sowie Pflanzenöle. Trägerflüssigkeiten werden ebenfalls aufgrund der Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension ausgewählt.
Optional kann ein Dispersant ebenfalls der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension hinzugefügt werden, um zu verhindern, dass die auf Metall basierenden Pulver sich aus der Suspension ablagern und klumpen. Dispersanten sind beispielsweise die herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Dispersanten wie z.B. Kieselerde oder fibröser Kohlenstoff.
Die magnetischen Pulver weisen vorzugsweise weniger als 2,0 Gewichtsprozent Sauerstoff auf. Weiter bevorzugt weisen die magnetischen Pulver weniger als 1,0 Gewichtsprozent Sauerstoff auf, noch weiter bevorzugt weniger als 0,6 Gewichtsprozent Sauerstoff, noch weiter bevorzugt weniger als 0,4 Gewichtsprozent Sauerstoff, noch weiter bevorzugt weniger als etwa 0,275 Gewichtsprozent Sauer stoff. Der Sauerstoffgehalt wird gemäß einer thermogravimetrischen Analyse oder einer Differenzthermoanalyse gemessen, beispielsweise unter Verwendung eines TGA/SDTA 851 Messgerätes. Das in der vorliegenden Anmeldung verwendete Gewichtsprozent des Sauerstoffes bezieht sich auf das Gesamtgewichtsprozent des Sauerstoffes des magnetischen Pulvers, einschließlich der äußeren Oxidschicht.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen sind u.a. auf Metall basierende Teilchen mit einer äußeren Oxidschicht. 1 zeigt die Mikrostruktur eines beispielhaften magnetischen Pulvers mit einer äußeren Oxidschicht. Gemäß 1 wird die Oxidschicht durch Atomisierung des magnetischen Pulvers gebildet. Magnetische Pulver werden unter Verwendung herkömmlicher, dem Fachmann bekannter Atomisierungsmethoden, z.B. Flüssigkeitsatomisierung, atomisiert. Während der Atomisierung bildet sich eine Oxidschicht durch Reaktion/Komplexierung des umgebenden Sauerstoffs mit den magnetischen Pulverteilchen.
Der Sauerstoff komplexiert mit einzelnen Bestandteilen des magnetischen Pulvers. Auf Eisen basierende Pulver, die mit legierenden Materialien vorlegiert sind, werden beispielsweise eine äußere Oxidschicht, die mit Sauerstoff komplexiertes Eisen, z.B. Eisenoxid, sowie ferner mit Sauerstoff komplexierte legierende Materialien, z.B. Columbium-Oxid, enthalten.
Die Oxidschicht bedeckt im Wesentlichen die Oberfläche der magnetischen Pulverteilchen. Ohne dass es auf die Theorie beschränkt ist, glaubt man, dass eine äußere Oxidschicht, die mit Sauerstoff komplexierte legierte Materialien enthält, eine Barriere gegen spätere Oxidation bildet, wodurch eine passive Barriere um jedes magnetische Pulverteilchen erzeugt wird.
Die äußere Oxidschicht bietet außerdem nützliche magnetische Eigenschaften. Die äußere Oxidschicht erhöht den Widerstand und verbessert die Permeabilität, die Dichte der Struktur sowie die Kernverlusteigenschaften. Ein magnetisches Pulver mit einer Dichte von 690 MPa g/cm³ weist beispielsweise eine ursprüngliche Permeabilität von 80, höchstens 210, eine Koerzitivkraft von 4,7 Oe sowie eine Induktion bei 40 Oe von 7.700 auf. Wegen der Fähigkeit, bei hohen Temperaturen der Zersetzung zu widerstehen, können die magnetischen Pulver wärmebehandelt werden, um die während der Hochdruckverdichtung gebildete Spannung zu entlasten. Die Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung minimiert die dehnungsbezogenen Hystereseverluste, was die weiche magnetische Leistung erhöht. Solche Pulver sind in Eisen-Polymer-Zusammensetzungen sowie in Eisenpulverkernanwendungen nützlich. Die äußere Oxidschicht beeinträchtigt nicht die weichen magnetischen Eigenschaften der auf Eisen basierenden magnetischen Pulver.
Die äußere Oxidschicht hat vorzugsweise eine geringe Porosität, d.h. einen kleinen Porenraum. Ohne dass es auf die Theorie beschränkt ist, glaubt man, dass das Beschränken der Porosität der äußeren Oxidschicht die Oxidation des magnetischen Pulvers beschränkt.
Die äußere Oxidschicht ist weniger als etwa 700 Angström dick. Die äußere Oxidschicht hat vorzugsweise eine Stärke von etwa 1 bis etwa 500 Angström. Noch besser ist es, wenn die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 500 Angström aufweist. Noch besser ist es, wenn die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 100 Angström aufweist. Am besten ist es, wenn die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 20 bis etwa 50 Angström aufweist.
Die magnetischen Pulver weisen vorzugsweise eine Oxidationsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,75%/min/m² bei 180 °C auf, wie gemessen gemäß der thermogravimetrischen Analyse oder der Differenzthermoanalyse. Weiter bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver eine Oxidationsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,50%/min/m² bei 180 °C aufweisen, und noch weiter bevorzugt ist es sogar, wenn sie unter etwa 0,25 %/min/m² bei 180 °C liegt. Die magnetischen Pulver weisen vorzugsweise eine Oxidationsgeschwindigkeit von weniger als etwa 1,20 %/min/m² bei 230 °C auf. Weiter bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver eine Oxidationsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,80°s/min/m² bei 230 °C aufweisen, noch weiter bevorzugt unter etwa 0,40 %/min/m² bei 230 °C.
Bei einer Ausführungsform enthalten die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen magnetische Pulver, die sich aus etwa 0,01 bis etwa 0,4 Gewichtsprozent Columbium zusammensetzen, basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver. Weiter bevorzugt ist es, wenn die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen magnetische Pulver enthalten, die sich aus etwa 0,05 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent Columbium, noch weiter bevorzugt aus etwa 0,08 bis etwa 0,15 Gewichtsprozent Columbium zusammensetzen.
Bei einer anderen Ausführungsform enthalten die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen magnetische Pulver, die sich aus etwa 0,01 bis etwa 0,4 Gewichtsprozent Columbium, etwa 0,01 bis etwa 0,50 Gewichtsprozent Silizium und etwa 0,01 bis etwa 0,20 Gewichtsprozent Bor zusammensetzen, basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver. Bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver etwa 0,05 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent Columbium, etwa 0,05 bis etwa 0,35 Gewichtsprozent Silizium und etwa 0,01 bis etwa 0,10 Gewichtsprozent Bor enthalten. Noch weiter bevorzugt ist es sogar, wenn die magnetischen Pulver etwa 0,08 bis etwa 0,15 Gewichtsprozent Columbium, etwa 0,10 bis etwa 0,20 Gewichtsprozent Silizium und etwa 0,03 bis etwa 0,05 Gewichtsprozent Bor enthalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen aus magnetischen Pulvern mit etwa 0,01 bis etwa 0,10 Gewichtsprozent Aluminium, basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver. Bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver etwa 0,01 bis etwa 0,05 Gewichtsprozent Aluminium enthalten, noch weiter bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 0,02 Gewichtsprozent Aluminium.
Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen aus magnetischen Pulvern mit etwa 0,001 bis etwa 0,03 Gewichtsprozent Calcium, basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver. Bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver etwa 0,001 bis etwa 0,02 Gewichtsprozent Calcium enthalten, noch weiter bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 0,015 Gewichtsprozent Calcium enthalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen aus magnetischen Pulvern mit etwa 0,1 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent Mangan, basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver. Bevorzugt ist es, wenn die magnetischen Pulver etwa 0,25 bis etwa 0,1 Gewichtsprozent Mangan enthalten, noch weiter bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 0,75 Gewichtsprozent Aluminium und/oder Titan.
Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen aus magnetischen Pulvern mit etwa 0,015 Gewichtsprozent Kohlenstoff, etwa 0,6 Ge wichtsprozent Sauerstoff, etwa 0,5 bis etwa 0,75 Gewichtsprozent Mangan, etwa 0,08 bis etwa 0,15 Gewichtsprozent Columbium, etwa 0,10 bis etwa 0,20 Gewichtsprozent Silizium, etwa 0,02 Gewichtsprozent Aluminium sowie etwa 0,012 Gewichtsprozent Kalzium basierend auf dem Gesamtgewicht der magnetischen Pulver.
Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind u.a. lineare und rotierende Mechanismen unter Verwendung einer metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension als ein starres Verbindungsmaterial, beispielsweise in Bremssystemen, in Suspensionsdämpfern in Fahrzeugen sowie in Energieerzeugungseinrichtungen. Wenn metallurgische Pulverzusammensetzungssuspensionen in diesen Einrichtungen verwendet werden, kann die Viskosität einer dämpfenden Flüssigkeit während des Betriebs durch das Anlagen eines Magnetfeldes auf die dämpfende Flüssigkeit gesteuert werden. Die Fahrsteifigkeit kann beispielsweise durch das Regeln des Stroms in einer elektrischen Spule gesteuert werden, die ein Magnetfeld auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension in einem Dämpfer anlegt. Folglich ist es leicht, die Steifigkeit des Aufhängungssystems zu steuern. Die Haftfestigkeit der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension in Anwesenheit des Magnetfeldes hängt teilweise von der Stärke des Magnetfeldes sowie der Größe der magnetischen Teilchen ab. Herkömmliche lineare und rotierende Mechanismen, die magnetorheologische Flüssigkeiten verwenden, werden beispielsweise in 6.382.369, 6.510.929 und 6.525.289 beschrieben, die von der vorliegenden Erfindung mit Ihrem Offenbarungsgehalt umfaßt sind.
2a und 2b zeigen eine Schaltung mit einer metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension. 2a zeigt eine Schaltung, bei der kein Dipolmoment auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension angelegt wird. 2b zeigt eine Schaltung, bei der ein Dipolmoment auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension angelegt wird. Gemäß 2a und 2b zeigt Schaltung 1 die allgmeine Leistung der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension. Schaltung 1 enthält eine metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2, eine erste Elektrode 3 sowie eine zweite Elektrode 4. Die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 ist zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 3 und 4 angeordnet.
Die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 enthält eine Trägerflüssigkeit 5 sowie ein magnetisches Pulver 6. Die Elektroden 3 und 4 bestehen aus irgendeiner Art von leitendem Material.
Während des Betriebs können die Elektroden 3 und 4 aktiv oder nicht aktiv sein. Wenn die Elektroden 3 und 4 nicht aktiv sind, so wie es in 2a gezeigt ist, ist das magnetische Pulver 6 gleichmäßig überall in der Trägerflüssigkeit 5 in einer zufälligen Weise zerstreut, und die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 fließt frei zwischen den Elektroden 3 und 4. Wenn die Elektroden 3 und 4 aktiv sind, fließt Strom durch die Schaltung 1, und ein Dipolmoment wird auf das magnetische Pulver 6 eingeleitet, was dazu führt, dass die Teilchen sich in Linien in Richtung der elektrischen Ladung oder des Magnetfeldes bringen. Auf Linie gebrachte Teilchen 7 bewirken, dass die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 viskoser wird und eine feste Form annimmt, wenn die Stärke des Magnetfeldes oder der elektrischen Ladung erhöht wird. Wenn die elektrische Ladung oder das Magnetfeld entfernt wird, kehrt das magnetische Pulver 6 in die zufällige Anordnung zurück, und die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 kehrt in ihren weniger viskosen Zustand zurück.
Bei einer anderen Ausführungsform werden die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen in Schwingungsdämpfer eingesetzt. 3 zeigt einen Dämpfer mit einer metallurgischen Pulverzusammensetzung. 4 zeigt eine Schnittansicht des Dämpfers der 3 gemäß deren Linie I. 5 zeigt eine weitere Schnittansicht des Dämpfers der 3 gemäß deren Linie II. Gemäß 3, 4 und 5 hat ein Schwingungsdämpfer 8 ein Gehäuse 9, einen Kolben 10, einen Zylinder 11, eine Verdichtungskammer 12, eine Erholungskammer 13 sowie eine Magnetspule 14. Der Zylinder 11 ist in dem Gehäuse 9 angeordnet.
Der Kolben 10 hat eine Kolbenstange 11, mehrere Einlassöffnungen 16, mehrere Austrittsöffnungen 17, ein zentrales Leitungsrohr 18 durch die Mitte der Kolbenstange 15 sowie ein magnetisierbares Leitungsrohr 19. Der Kolben 10 ist in dem Zylinder 11 reziprok befestigt und teilt den Zylinder 11 in eine Verdichtungskammer 12 und eine Erholungskammer 13.
Die Magnetspule 14 ist in dem Kolben 10 operativ so angeordnet, dass sie ein Magnetfeld auf die in dem magnetisierbaren Leitungsrohr 19 angeordnete Flüssigkeit anlegen kann.
Während des Betriebs befindet die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 sich in der Verdichtungskammer 12. Der Kolben 10 verdichtet die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2, die durch mehrere Einlassöffnungen 16 unter Druck in den Kolben 10 fließt. Die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 fließt von den mehreren Einlassöffnungen 16 in das magnetisierbare Leitungsrohr 19. Von dem magnetisierbaren Leitungsrohr 19 fließt die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension durch das zentrale Leitungsrohr 18 an mehrere Austrittsöffnungen 17. Die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 fließt von dem Kolben 10 durch die Austrittsöffnungen 17 in die Erholungskammer 13.
Die Magnetspule 14 kann aktiv oder nicht aktiv sein. Wenn die Magnetspule 14 nicht aktiv ist, ist das magnetische Pulver 6 gleichmäßig überall in der Trägerflüssigkeit 5 in einer zufälligen Weise zerstreut, und die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 fließt ohne weiteres in dem magnetisierbaren Leitungsrohr 19. Wenn die Magnetspule 14 aktiv ist, fließt Strom durch die Magnetspule 14, und ein Dipolmoment wird auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 eingeleitet, was dazu führt, dass die magnetischen Pulverteilchen sich in Linien in Richtung der elektrischen Ladung oder des Magnetfeldes anordnen. Auf Linie gebrachte magnetische Pulverteilchen bewirken, dass die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 viskoser wird und eine feste Form annimmt, wenn die Stärke des Magnetfeldes oder der elektrischen Ladung erhöht wird. Wenn die elektrische Ladung oder das Magnetfeld entfernt wird, kehrt das magnetische Pulver in die zufällige Anordnung zurück, und die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 kehrt in ihren weniger viskosen Zustand zurück.
Da die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 viskoser wird, muss der Kolben 10 mehr Druckkraft anlegen, damit die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 durch das magnetisierbare Leitungsrohr 19 fließen kann. Die vom dem Dämpfer absorbierte Kraftmenge wird somit durch das Regeln der Stärke des auf die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension 2 in dem magnetisierbaren Leitungsrohr 19 angelegten Magnetfeldes gesteuert.
Ein Fachmann wird erkennen, dass die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in zahlreicher Weise geändert und abgewandelt werden können, und dass solche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird.
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen weiter.
BEISPIELE
Die nachfolgenden Beispiele, die nicht einschränkend sein sollen, schildern einige Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung. Wenn nichts anderes angegeben ist, sind die Prozente auf Gewichtsbasis angegeben.
Versuche wurden durchgeführt, um die Oxidation eines magnetischen Pulvers und eines Referenz-Carbonylpulvers zu vergleichen. Luft wurde bei verschiedenen Temperaturen von Raumtemperatur bis kurz vor der Schmelzpunkttemperatur über ein magnetisches Pulver und ein Referenz-Carbonylpulver geleitet. Die Oxidationsfähigkeit jeder Probe wurde mit einem TGA/SDTA 851e Messgerät mit Luft als Reinigungsgas gemessen. Keine Vorkehrungen wurden getroffen, um die Feuchtigkeit aus dem Reinigungsgas zu entfernen.
Das Gewicht der Probe wurde über die Zeit aufgezeichnet. Jede Gewichtserhöhung wurde der Oxidation der Probe, d.h.
der Zersetzung, zugeschrieben. In jedem Versuch wurde die Temperatur um 30 °C pro Minute erhöht. In jedem Versuch wurde ein Platintiegel verwendet, um das Pulver der Probe zu halten.
Die Referenzzusammensetzung bestand aus einem Carbonyl-Eisenpulver mit mehr als 99,5% Eisen, weniger als 0,05% Kohlenstoff, weniger als 0,3% Sauerstoff und weniger als 0,01% Stickstoff.
Die Referenzzusammensetzung hatte eine Rütteldichte von 4,0 g/cm³ sowie eine Verteilung der Teilchengröße von:

d10	3 Mikrometer
d50	5 Mikrometer
d90	10 Mikrometer

Die Versuchszusammensetzung bestand aus einer metallurgischen Pulverzusammensetzung mit 0,015 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,009 Gewichtsprozent Schwefel, 0,77 Gewichtsprozent Sauerstoff, 0,0086 Gewichtsprozent Stickstoff, 0,008 Gewichtsprozent Phosphor, 0,16 Gewichssprozent Silizium, 0,34 Gewichtsprozent Bor, 0,70 Gewichtsprozent Mangan, 0,02 Gewichtsprozent Kupfer, 0,02 Gewichtsprozent Nickel, 0,02 Gewichtsprozent Molybdän und 0,12 Gewichtsprozent Columbium, wobei der Rest ein auf Eisen basierendes Pulver war. Die Teilchen der Versuchszusammensetzung wurden während der Atomisierung mit einer Oxidschicht bedeckt.
6 zeigt eine Grafik, die die Oxidationsgeschwindigkeit eines magnetischen Pulvers anzeigt. Gemäß 6 erhöht sich der Sauerstoff in Gewichtsprozent bei verschiedenen Temperaturen so wie es in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt ist:
Tabelle 1
Wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, weist die Versuchszusammensetzung eine geringere Gewichtszunahme und somit einen höheren Widerstand gegen Oxidation auf als die Referenzzusammensetzung. Die metallurgische Pulverzusammensetzung wies 13,6 Prozent weniger Oxidation auf als das Carbonylpulver.
ZUSAMMENFASSUNG
Die metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen der vorliegenden Erfindung enthalten ein magnetisches Pulver mit einer äußeren, in einer Trägerflüssigkeit suspendierten Oxidschicht. Magnetische Pulver sind u.a. auf Eisen basierende Pulver wie z.B. mit anderen Elementen vorlegierte Eisenpulver. Legierende Materialien sind u.a. Columbium, Silizium, Calcium, Mangan, Magnesium, Kohlenstoff, Bor, Aluminium, Titan, Molybdän, Chrom, Kupfer, Nickel, Gold, Vanadium, Phosphor oder Kombinationen hiervon. Trägerflüssigkeiten sind u.a. auf Silizium basierende Flüssigkeiten und/oder Öle wie z.B. Kohlenwasserstofföle. Die äußere Oxidschicht schließt Legierungsmaterialien ein, die mit Sauerstoff reagieren/komplexieren. Magnetische Pulver weisen niedrige Oxidationsgeschwindigkeiten über einen breiten Temperaturbereich auf. Artikel mit metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspensionen sind beispielsweise Dämpfer mit einer Kammer, einem Kolben, der sich in der Kammer hin- und herbewegt, und einer Quelle des Magnetismus, die operativ mit der Kammer verbunden ist. Wenn die Quelle des Magnetismus aktiviert ist, erzeugt diese ein Magnetfeld, das die scheinbare Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension verändert.

Claims

Eine metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension bestehend aus: einem vorlegiertien magnetischen Pulver umfassend: von etwa 0,01 bis etwa 0,4 Gewichtsprozent Columbium basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers, und eine äußere Oxidschicht, und eine Trägerflüssigkeit, wobei das vorlegierte magnetische Pulver in der Trägerflüssigkeit suspendiert ist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver ein auf Eisen basierendes Pulver ist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver außerdem Molybdän, Mangan, Magnesium, Chrom, Silizium, Kupfer, Nickel, Gold, Vanadium, Graphit, Phosphor, Aluminium, Calcium, Bor, Titan oder Kombinationen hiervon umfasst.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver außerdem Silizium, Calcium, Mangan, Kohlenstoff, Bor, Aluminium, Titan oder Kombinationen hiervon umfasst.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver von etwa 0,05 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent Columbium umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver von etwa 0,08 bis etwa 0,15 Gewichtsprozent Columbium umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oxidschicht etwa 0,015 Gewichtsprozent Kohlenstoff, etwa 0,6 Gewichtsprozent Sauerstoff, von etwa 0,5 bis etwa 0,75 Gewichtsprozent Mangan, von etwa 0,08 bis etwa 0,15 Gewichtsprozent Columbium, von etwa 0,10 bis etwa 0,20 Gewichtsprozent Silizium, etwa 0,02 Gewichtsprozent Aluminium sowie etwa 0,012 Gewichtsprozent Calcium umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend weniger als etwa 1,0 Gewichtsprozent Sauerstoff, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend weniger als etwa 0,6 Gewichtsprozent Sauerstoff, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver eine Oxidationsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,25/min/m² bei 180 °C aufweist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei das vorlegierte magnetische Pulver eine Oxidationsgeschwindigkeit von und weniger als etwa 0,40%/min/m² bei 230 °C aufweist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oxidschicht während der Atomisierung des vorlegierten magnetischen Pulvers gebildet ist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 500 Angström aufweist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 100 Angström aufweist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension umfassend: ein vorlegierties magnetisches Pulver umfassend: von etwa 0,01 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent Titan basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers, und eine äußere Oxidschicht, und eine Trägerflüssigkeit, wobei das vorlegierte magnetische Pulver in der Trägerflüssigkeit suspendiert ist.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 15, wobei das vorlegierte magnetische Pulver außerdem Molybdän, Mangan, Magnesium, Chrom, Silizium, Kupfer, Nickel, Gold, Vanadium, Graphit, Phosphor, Aluminium, Calcium, Bor oder Kombinationen hiervon umfasst.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 15, wobei das vorlegierte magnetische Pulver von etwa 0,3 bis etwa 0,6 Gewichtsprozent Titan enthält, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 15, außerdem umfassend weniger als etwa 1,0 Gewichtsprozent Sauerstoff, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers.
Metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oxidschicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 500 Angström aufweist.
Eine magneto-rheologische Einrichtung umfassend: eine Kammer, einen Kolben, der in der Kammer hin und her bewegbar (reziprok) angeordnet ist, eine in der Kammer angeordnete, metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension, wobei die metallurgische Pulverzusammensetzungssuspension umfasst: ein vorlegiertes magnetisches Pulver umfassend: von etwa 0,01 bis etwa 0,4 Gewichtsprozent Columbium, basierend auf dem Gesamtgewicht des vorlegierten magnetischen Pulvers, und eine äußere Oxidschicht, und eine Trägerflüssigkeit, wobei das vorlegierte magnetische Pulver in der Trägerflüssigkeit suspendiert ist, und einer operativ mit dem Kolben verbundenen Quelle des Magnetismus, wobei die ersichtliche Viskosität der metallurgischen Pulverzusammensetzungssuspension durch ein von der Quelle des Magnetismus erzeugtes Magnetfeld gesteuert ist.