ES2246049T3

ES2246049T3 - Polvos aglutinantes prealeados.

Info

Publication number: ES2246049T3
Application number: ES03745263T
Authority: ES
Inventors: Bert-Jan c/o Patent Department KAMPHUIS; Janneck c/o Patent Department PEERSMAN
Original assignee: Umicore NV SA
Current assignee: Umicore NV SA
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: EA200401278A1; EP1492897A1; US7077883B2; EA005911B1; BR0308703A; JP2005521791A; CN1646713A; EP1492897B1; DE60301069T2; AU2003227056A1; TWI281506B; DE60301069D1; TW200400275A; WO2003083150A1; BR0308703B1; JP4573192B2; US20050106057A1; CN1330784C; ATE299955T1

Abstract

Polvo prealeado con composición FeaCobNicModWeCufSng(DS)h, representando a, b, c, d, e, f, g y h los porcentajes en peso de los componentes, siendo DS cualquiera entre un óxido de uno o más metales del grupo formado por Mg, Mn, Ca, Cr, Al, Th, Y, Na, T y V, un carburo de uno o más metales del grupo formado por Fe, W, Mo, Zr y Ti, y una mezcla de dicho óxido y de dicho carburo, siendo los otros componentes impurezas inevitables, donde a + b + c + d + e + f + g + h = 100, d = 8, e = 10, h = 2, 5 = f + g = 45, 6, 4 = f / g = 25 y 1, 5 = [a / (b+c+2d+2e)] ¿ 4h = 33, teniendo además el polvo una pérdida de masa por reducción en hidrógeno no superior al 2%, medido de acuerdo con el estándar ISO 4491-2:1989.

Description

Polvos aglutinantes prealeados.

Existen varios métodos para fabricar herramientas de diamante. En cada caso el diamante primero se mezcla con el polvo aglutinante, que está compuesto por uno o más polvos metálicos y posiblemente algunos polvos cerámicos o un aglomerante orgánico. Entonces esta mezcla se compacta y se calienta para formar una pieza sólida, en la que el polvo aglutinante forma la montura que mantiene los diamantes unidos. El moldeo en caliente y la sinterización libre son los métodos más comunes para formar una montura. Menos comúnmente se utilizan otros métodos, como por ejemplo el estampado en caliente y el moldeo isostático en caliente de partes presinterizadas. Los polvos compactados fríos, que requieren una etapa posterior de calentamiento para formar la montura, a menudo reciben el nombre de partes en verde y se caracterizan por su resistencia en verde.

Los polvos metálicos más frecuentemente utilizados en las aplicaciones de herramientas de diamante son polvos finos de cobalto con un diámetro de menos de aproximadamente 7 \mum medido con el Sub Clasificador de Tamiz de Fisher (FSSS), mezclas de polvos finos metálicos tales como mezclas de polvos finos de cobalto, níquel, hierro y tungsteno, y polvos finos prealeados compuestos por cobalto, cobre, hierro y níquel.

La utilización de polvo fino de cobalto ofrece buenos resultados desde un punto de vista técnico; su mayor inconveniente proviene del elevado precio y las fuertes fluctuaciones del precio. Además, se cree que el cobalto es perjudicial para el medio ambiente por lo que las nuevas normativas promueven evitar la utilización de cobalto. Utilizando mezclas de polvos finos metálicos, se obtienen monturas cuya fuerza, dureza y resistencia al desgaste son relativamente bajas. Debido a que la homogeneidad de la mezcla tiene una influencia sustancial en las propiedades mecánicas de la herramienta final, la utilización de polvos prealeados ofrece una ventaja inequívoca sobre las mezclas de polvos elementales, como se documenta en los documentos EP-A-0865511 y EP-A-0990056. Estos polvos aglutinantes se fabrican tradicionalmente por medios hidrometalúrgicos como se describe en las patentes mencionadas anteriormente. La razón para ello es que ésta es la única vía rentable para obtener partículas que sean suficientemente finas, para que tengan la suficiente reactividad de sinterización, a la vez que permiten que se fabrique una composición correcta, de modo que las propiedades de la pieza sinterizada, en particular su dureza, ductilidad, resistencia al desgaste y retención del diamante, sean suficientes.

Sin embargo, en la industria de herramientas de diamante, existe una necesidad de monturas que muestren mejores propiedades de las obtenidas cuando se utilizan polvos prealeados del estado de la técnica o mezclas de polvos finos metálicos. Mejores propiedades de la montura significa una combinación de una mayor dureza y suficiente ductilidad. Un indicador de la ductilidad es la resistencia al impacto. Esta se mide siguiendo el método de Charpy, de acuerdo con la ISO 5754, con el equipamiento Charpy como se describe en la ISO 184, y preferiblemente debe alcanzar un valor mínimo de 20 J/cm^{2} en muestras sin muescas. Los valores Charpy menores son indicativos de una montura frágil. Otro indicador de ductilidad es la superficie de fractura de una montura rota. Preferiblemente, este debe mostrar (micro-)ductilidad.

La dureza se expresará en dureza Vickers (HV10). Cuando se den los valores de dureza, se asume que están medidos de acuerdo con el estándar ASTM E92-82. Como norma general, se puede considerar que una mayor dureza se corresponde en general con una fortaleza mecánica mayor, una resistencia más alta al desgaste y una mejor retención del diamante. En este campo son comunes valores de HV10 de 200 a 350.

Para cortar material abrasivo, como hormigón fresco o asfalto, se requiere una mayor resistencia al desgaste. La tecnología del estado de la técnica hace uso de aditivos de carburo de tungsteno y/o tungsteno. Estos materiales se mezclan junto con el resto de polvos aglutinantes. La homogeneidad de la mezcla resultante es crucial para el rendimiento de la herramienta. Las zonas ricas en tungsteno y/o carburo de tungsteno típicamente son muy frágiles. Además, debido a que el tungsteno y el carburo de tungsteno son difíciles de sinterizar, su utilización dará lugar a porosidad local y por lo tanto, a propiedades mecánicas de la montura localmente debilitadas.

Además de las propiedades de la montura, descritas en los párrafos anteriores, también son de importancia las propiedades del polvo aglutinante. Dependiendo de la aplicación, el polvo aglutinante puede necesitar presentar una buena sinterabilidad y resistencia en verde.

La resistencia en verde se mide mediante el ensayo Rattler. Las partes en verde de 10 mm de altura y 10 mm de diámetro, prensadas a 350 MPa, se colocan en un cilindro giratorio (longitud 92 mm y diámetro 95 mm) fabricado con una malla de alambre fino de 1 mm^{2}. Tras 1200 rotaciones en 12 minutos, se determina la pérdida relativa de peso. En lo sucesivo, se hará referencia a estos resultados como "valores Rattler". Un valor Rattler menor indica una resistencia en verde mayor. En aplicaciones donde la resistencia en verde es importante, un valor Rattler de menos del 20% se considera satisfactorio, mientras que un valor de menos del 10% se considera como excelente.

En pulvimetalurgia, es importante que los polvos metálicos muestren una buena reactividad de sinterización. Esto significa que pueden ser sinterizados hasta una densidad casi total a una temperatura relativamente baja, o que únicamente se necesita un tiempo pequeño para sinterizar las piezas a densidad total. La temperatura mínima requerida para una buena sinterización debe de ser baja, preferiblemente no mayor de 850ºC. Temperaturas de sinterización más altas dan lugar a desventajas como una vida reducida del molde de sinterización, degradación del diamante y un alto coste energético. Un buen indicador de la sinterabilidad es la densidad relativa obtenida. La densidad relativa de un polvo aglutinante sinterizado debe ser de al menos el 96%, preferiblemente del 97% o mayor. Una densidad relativa del 96% o más se considera típicamente densidad casi total.

La reactividad de sinterización depende en gran medida de la composición del polvo. Sin embargo, a menudo no hay mucha elección en cuanto a la composición se refiere, debido a razones de coste o porque, si se cambia la composición, no se pueden lograr ciertas propiedades del producto sinterizado, como por ejemplo la dureza. Otro factor que influye en la reactividad de sinterización es la oxidación de la superficie. La mayoría de los polvos metálicos se oxidarán en cierta medida cuando se exponen al aire. La capa de óxido superficial que se forma de este modo inhibe la sinterización. Un tercer factor que es muy importante para la reactividad de sinterización es el tamaño de las partículas. Manteniendo todo lo demás igual, los polvos más finos tienen una reactividad de sinterización mayor que los polvos más gruesos.

Para mejorar la sinterabilidad de un polvo aglutinante, algunas veces se añade bronce (aleación de Cu-Sn) o latón (aleación de Cu-Zn): éstos reducen el punto de fusión y, por lo tanto, la temperatura de sinterización. El polvo de bronce típicamente utilizado tiene una composición que varía desde el 15 al 40% de Sn. Sin embargo, la utilización de estos polvos produce a menudo monturas frágiles o la formación de una fase líquida durante la sinterización, ambas cosas van en detrimento de la calidad de la montura acabada. Además, la adición de polvo de bronce o latón ablanda la montura y de esta manera anula parcialmente el efecto de la adición de W o WC.

La tecnología de las herramientas de diamante del estado de la técnica no ofrece una solución real al asunto del aumento de la dureza, manteniendo una temperatura de sinterización baja, un procesado sencillo, una resistencia al impacto suficientemente alta y una resistencia en verde suficiente. No existe un polvo o mezcla de polvos en la técnica anterior que reúna todas estas propiedades.

Un polvo prealeado se define como "un polvo metálico compuesto por dos o más elementos que se alean en el proceso de fabricación del polvo y en el que todas las partículas tienen la misma composición nominal". Véase Metals Handbook, Edición de escritorio, ASM, Metals Park, Ohio, 1985 o Metals Handbook, vol. 7, Powder Metallurgy, ASM, Ohio, 1984.

En el documento WO-97/21844 se divulga un polvo prealeado utilizado en la fabricación de herramientas de diamante.

El objeto de la presente invención es proporcionar polvos metálicos prealeados que tengan suficiente resistencia para la manipulación habitual cuando se prensan en frío y que sinterizan a una temperatura mínima no superior a 850ºC y que, cuando son sinterizados, dan como resultado monturas que muestran suficiente ductilidad y una mayor dureza. Estos no contienen, o contienen mucho menos, Co y/o Ni que los polvos prealeados existentes con una dureza comparable. Esto los hace potencialmente más baratos y preferibles desde un punto de vista medioambiental. Alternativamente, se puede considerar que la presente invención proporciona polvos de metal prealeados que dan como resultado monturas que tienen una dureza mayor que las monturas producidas con los polvos metálicos prealeados existentes que tienen la misma cantidad de Co y/o Ni. Los polvos metálicos de la presente invención, además de su utilización en la industria de las herramientas de diamante, tienen también un fuerte potencial en otras aplicaciones ya que están entre los polvos poco frecuentes que combinan dureza con ductilidad.

Otro objeto de la presente invención está relacionado con el precio de los polvos aglutinantes: aunque una variedad de métodos hidrometalúrgicos producen polvos aglutinantes apropiados a un coste aceptable, el precio de estos polvos aglutinantes es todavía mucho mayor que el de los polvos puros o metálicos aleados que son más gruesos, típicamente en el rango de 20-100 micras, y que se producen mediante métodos no hidrometalúrgicos, como por ejemplo la atomización. Sin embargo, estos polvos gruesos en general no poseen las propiedades de sinterización necesarias para hacerlos apropiados para las herramientas de diamante.

Un método bien conocido de fabricación de polvos prealeados es la aleación mecánica. En este método, los polvos elementales se mezclan toscamente, y a continuación se alean mecánicamente en una máquina apropiada, normalmente similar a un molino de bolas de alta intensidad. Se basa en la rotura repetida y la soldadura en frío de los materiales metálicos inicialmente sin mezclar, que mediante el mismo se mezclan a una escala atómica. Este método se conoce bien desde hace mucho tiempo, véase por ejemplo la patente de los Estados Unidos 3.591.362.

Los polvos metálicos fabricados mediante la aleación mecánica poseen una reactividad de sinterización mucho mayor que los polvos aleados fabricados mediante métodos diferentes, como por ejemplo la atomización, o los métodos hidrometalúrgicos descritos en la técnica anterior. Se comprobó que esto es cierto también para los polvos metálicos elementales, o polvos aleados fabricados por métodos como por ejemplo la atomización, cuando son sometidos a un tratamiento similar al que sería necesario para alear mecánicamente una mezcla de polvos elementales. Incluso si los polvos de acuerdo con la técnica anterior fueran mucho más finos, y de esta manera se habría esperado tener una reactividad de sinterización mayor, una comparación directa mostró lo contrario: los polvos tratados mecánicamente poseen una reactividad de sinterización mucho mayor.

Los polvos prealeados de acuerdo con la presente invención contienen Cu y Fe como los dos elementos base de la aleación. El Fe y el Cu no se combinan entre sí. Las partículas de polvo contendrán por tanto dos fases, una rica en Fe, y otra rica en Cu. Con el fin de asegurar una temperatura de sinterización lo suficientemente baja, se añade Sn a la fase rica en Cu. El Sn disminuirá el punto de fusión y, por tanto, también la temperatura de sinterización. Para aumentar la resistencia de la aleación y garantizar una aleación dúctil a niveles de Sn cercanos a la composición peritéctica de la aleación binaria Cu-Sn, la fase rica en Fe se refuerza mediante al menos uno de entre Mo, Ni, Co y W. Adicionalmente, se pueden añadir reforzadores de la dispersión (DS) en forma de óxidos (ODS), carburos (CDS), o una combinación de ambos. Los óxidos útiles son los óxidos de metales que no se pueden reducir con hidrógeno por debajo de 1000ºC, como Mg, Mn, Ca, Cr, Al, Th, Y, Na, Ti y V. Los carburos útiles son los carburos de Ti, Zr, Fe, Mo y W.

Los polvos de acuerdo con la invención responden a la fórmula

Fe_{a}Co_{b}Ni_{c}Mo_{d}W_{e}Cu_{f}Sn_{g}(DS)_{h}

y cumplen con las siguientes restricciones en su composición:

\bullet: La suma de los porcentajes en peso a, b, c, d, e, f, g y h de los constituyentes de la aleación es igual al 100%, el término "constituyentes" denota a aquellos elementos presentes intencionadamente en la aleación, excluyendo así las impurezas y el oxígeno, excepto si el oxígeno es parte de un ODS. De esta manera:

a + b + c + d + e + f + g + h = 100.

\bullet: El Mo no debe exceder del 8% y el W del 10%, para evitar una excesiva fragilidad. Así d \leq 8 y e \leq 10. Preferiblemente c \leq 30.

\bullet: Los reforzadores de la dispersión no deben exceder del 2% para garantizar suficiente homogeneidad de los polvos sinterizados. Así h \leq 2. Preferiblemente h \leq 1 y más preferiblemente h \leq 0,5.

\bullet: La suma del Sn y el Cu debe ser al menos el 5% y no más del 45%. El límite inferior garantiza una adecuada sinterabilidad, el límite superior garantiza que las monturas no son demasiado blandas. Así: 5 \leq f+g \leq 45. Preferiblemente 7 \leq f+g \leq 40 y más preferiblemente 11 \leq f+g \leq 32.

\bullet: La relación Cu/Sn debe estar entre 6,4 y 25. El límite inferior garantiza que se evite la formación de las fases frágiles en las regiones del Cu, el límite superior garantiza una actividad suficiente del Sn como un elemento reductor de la temperatura de sinterización. Así: 6,4 \leq f/g \leq 40. Preferiblemente 8,7 \leq f/g \leq 20 y más preferiblemente 10 \leq f/g \leq 13,3.

\bullet: La composición del polvo obedece a las siguientes restricciones de la composición:

(1).1,5 \leq [a / (b + c + 2d + 2e)]- 4h \leq 33

: Alternativamente, se tienen que obedecer las siguientes ecuaciones:

(2)1,5 \leq a / (b + c + 2d + 2e + 50h) \leq 33

y

b + c + 2d + 2e \geq 2.

: El límite inferior en las ecuaciones (1) y (2) anteriores garantiza la homogeneidad del polvo sinterizado y que el precio del polvo es aceptable; el límite superior garantiza que los polvos sinterizados son suficientemente duros. El límite inferior preferido es 1,6, más preferiblemente 2 y lo más preferiblemente 2,5. El límite superior preferido es 17 y más preferiblemente 10.

\bullet: Para que los polvos prealeados compensen de manera efectiva los inconvenientes de la tecnología del estado de la técnica y produzcan monturas superiores, deben de tener un contenido de oxígeno, medido mediante el método de pérdida de hidrógeno ISO 4491-2: 1989, que no exceda del 2%, preferiblemente que no exceda del 1% y más preferiblemente que no exceda del 0,5%. Este método no mide el oxígeno combinado químicamente con un ODS añadido intencionadamente. El contenido en oxígeno necesita ser pequeño porque la presencia de oxígeno es perjudicial para la reactividad de sinterización del polvo y para la ductilidad de la montura sinterizada.

En una realización, la invención permite conseguir polvos aglutinantes más rentables apropiados para herramientas de diamante, utilizando polvos atomizados baratos y activándolos mediante aleación mecánica.

En otra realización de la invención, el tamaño de las partículas del polvo, expresado mediante su valor FSSS, no excede de 20 \mum, preferiblemente no excede de 15 \mum y más preferiblemente no excede de 10 \mum. Esto garantiza un buen compromiso entre una temperatura de sinterización baja y un tiempo de reducción corto para los precursores utilizados en el proceso de fabricación de los polvos.

Las concentraciones de Co y Ni se mantienen preferiblemente bajas, porque hay buenas razones para creer que estos elementos dañen el medio ambiente. El polvo que no contiene ni Co ni Ni resulta especialmente ventajoso desde un punto de vista ecológico. También se prefiere que las concentraciones de Mo y W no sean demasiado altas porque las aleaciones con niveles altos de Mo o W son susceptibles a la precipitación del W o Mo en los límites de grano de la fase rica en Fe, que hace que la montura sea menos dúctil.

Los polvos prealeados de la presente invención se caracterizan por el hecho de que son altamente porosos. Esto tiene la ventaja de que el área superficial específica, medida por el método BET mencionado anteriormente, es mucho mayor de lo que debería ser en el caso de partículas sólidas, como por ejemplo las partículas atomizadas. En general se puede decir que para polvos metálicos de la misma composición, un área superficial específica mayor es indicativa de una reactividad de sinterización mayor. En general los polvos prealeados de la presente invención presentan un área superficial específica que es al menos dos veces mayor que el área superficial específica calculada sobre la base del diámetro FSSS suponiendo una geometría de esfera sólida. La superficie específica del polvo, expresada mediante su valor BET, es preferiblemente mayor de 0,1 m^{2}/g.

A continuación se explican las interacciones de Cu, Sn y Fe tal como las entienden los inventores. La presencia de Cu en el polvo prealeado tiende a hacer la montura más blanda. Este efecto se puede compensar mediante una adición apropiada de Sn. Esto también tiene el efecto de ayudar a reducir la temperatura de sinterización necesaria para sinterizar el polvo prealeado. A partir del diagrama de la fase binaria Cu-Sn se puede observar que para los niveles de Sn superiores al 13,5% pero inferiores al 25,5%, tiene lugar una reacción peritéctica a 798ºC. Por debajo de dicha temperatura, existirá una estructura de fase dual, compuesta por las fases \alpha y \beta. Sometida posteriormente a enfriamiento, la fase \beta se transformará en la fase \delta frágil y de este modo se reduce sensiblemente la ductilidad de la aleación. La disminución del nivel de Sn reduce el riesgo de la aparición de la fase \delta frágil, pero también hace que la aleación eleve su línea de inicio de fusión. La línea de inicio de fusión es relativamente inclinada. Por tanto, para conseguir el efecto reductor de la temperatura de sinterización completa del Sn evitando al mismo tiempo las consecuencias negativas de la formación de la fase \delta frágil, se debe asegurar estar lo más cerca posible a, pero sin sobrepasar, la composición peritéctica de la aleación binaria.

Cuando el polvo de metales prealeados también contiene Fe, como por ejemplo en el caso de la invención, se deben consultar los diagramas de las fases binarias Cu-Fe y Fe-Sn. Los diagramas de las fases de aleaciones de Cu-Sn, Fe-Sn y Cu-Fe pueden encontrarse en multitud de fuentes. Una de dichas fuentes es el ASM Handbook, vol. 3, Alloy phase diagrams, publicado por ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 1992, pág. 2168 para Cu-Fe, pág. 2178 para Cu-Sn y pág. 2203 para Fe-Sn. Del diagrama Fe-Sn, se deduce que la solubilidad en equilibrio del Sn en el Fe a 700ºC es de aproximadamente el 10%. Del diagrama Cu-Fe, se puede derivar que la solubilidad en equilibrio del Cu en la fase Fe a 700ºC es mucho menor: menor del 0,3%. En un sistema ternario, estos límites de solubilidad serán algo, pero no significativamente, diferentes.

Dado que el Cu y el Fe no son miscibles, se deduce que el Sn siempre se disolverá más fácilmente que el Cu en la red de Fe a 700ºC o más. Por tanto, en una aleación ternaria Cu-Fe-Sn, el Sn se elimina de la fase rica en Cu durante la etapa de sinterización. Del diagrama de la fase binaria Cu-Sn, se deduce que el punto de fusión se incrementa. Para aprovechar completamente el efecto del Sn como reductor del punto de fusión, que es el objetivo de la adición del Sn, la aleación debe mantener una relación Sn/Cu que sea mayor que la relación peritéctica de 13,5/86,5 o 1/6,4. Sin embargo, como se ha explicado más arriba, esto lleva a la formación de la fase \delta frágil que no es deseable.

Al enfriar la montura, la mayoría del Sn se difunde en la fase rica en Cu ya que a temperatura ambiente la solubilidad del Sn en el Fe es despreciable. Esto causa un enriquecimiento local del Sn en el Cu cerca de los límites de grano, haciendo que la formación de la fase \delta frágil sea incluso más probable. La misma retro-difusión del Sn en la fase del Cu puede también causar que la relación crítica Sn/Cu de 1/6,4 sea excedida localmente incluso en materiales que tienen una relación media Sn/Cu por debajo de 1/6,4. Es por tanto extremadamente difícil diseñar una aleación en el sistema Cu-Fe-Sn que se beneficie completamente de la reducción del punto de fusión y los efectos de reforzamiento del Cu por parte del Sn, a la vez que se evita la formación de la fase \delta.

La adición de uno de los elementos reforzadores entre Mo, W, Ni o Co influye sin embargo en el mecanismo explicado más arriba de un modo mucho más interesante: reforzando la fase rica en Fe mediante una solución sólida reforzadora, estos elementos reforzadores bloquean de modo efectivo la red de Fe para la difusión de los átomos de Sn en ella. Así, el Sn permanece en la fase del Cu durante el calentamiento del polvo aglutinante: por tanto se pueden aprovechar completamente los efectos positivos del Sn sobre el comportamiento de sinterización. El punto central de esta invención es precisamente este efecto combinado del Sn en una relación bien determinada Cu/Sn y de los elementos reforzadores que bloquean la difusión del Sn en la fase del Fe. Esto permite combinar las características de una resistencia suficiente y una alta ductilidad cuando el polvo prealeado es sinterizado a una temperatura relativamente baja.

Es necesario dispersar los constituyentes tan finamente como sea posible. En el caso de los óxidos/carburos, esto es consecuencia del hecho de que cuanto más corto es el recorrido libre medio entre los óxidos/carburos y más pequeños son los óxidos/carburos, más pronunciado es su efecto su efecto reforzador. En el caso de elementos metálicos esto es consecuencia del hecho de que una microestructura homogénea mejora las propiedades mecánicas. Esto se ha descrito en los documentos EP-A-0865511 y EP-A-0990056, a partir de los experimentos en los sistemas Co-Fe-Ni y Cu-Co-Fe-Ni, donde también se muestra que los polvos prealeados ofrecen una resistencia mayor que una mezcla de polvos elementales. Es más, para que el reforzamiento de la solución sólida sea activo, la aleación necesita ser tan homogénea como sea posible. Cuando se añaden el Mo y el W para reforzar la red de Fe, su distribución homogénea es de particular importancia, ya que el Mo y el W presentan coeficientes de difusión muy bajos a las temperaturas que se aplican típicamente en la fabricación de herramientas de diamante. A continuación se describen los procesos de síntesis apropiados.

Los polvos de la invención se pueden preparar calentando un precursor o una mezcla íntima de dos o más precursores en una atmósfera reductora. Estos precursores son compuestos orgánicos o inorgánicos de los constituyentes de la aleación. El precursor o mezcla íntima de precursores debe contener los elementos de los constituyentes, con la excepción del C y el O, en cantidades relativas que corresponden con la composición del polvo que se desea. En el proceso de producción, se distingue entre los elementos que se encuentran en la denominada clase 1, como son Co, Ni, Fe, Cu, Sn y los elementos de la ODS con la excepción de V, y los elementos que pertenecen a la clase 2, como son W, Mo, V y Cr.

Los precursores se pueden preparar mediante cualesquiera de los siguientes métodos (a) a (f) o una combinación de ellos:

(a): Para los elementos de la clase 1: mezclando una solución acuosa de una sal de uno o más constituyentes con una solución acuosa de una base, un carbonato, un ácido carboxílico, un carboxilato, o mezclas de estos, para que de este modo se forme un compuesto insoluble o muy poco soluble. Solamente esos ácidos carboxílicos o los carboxilatos correspondientes son apropiados para formar compuestos insolubles o muy poco solubles con la solución acuosa de la sal del constituyente. Ejemplos de un ácido carboxílico y un carboxilato apropiado son el ácido oxálico o el oxalato de potasio. Por otro lado, el ácido acético y los acetatos metálicos no son apropiados. El precipitado así obtenido se separa a continuación de la fase acuosa y se seca.

(b): Para los elementos de las clases 1 y 2: mezclando una solución acuosa de una sal o sales de uno de los elementos de la clase 2 con una solución acuosa de una sal o sales de uno o más elementos de la clase 1 para formar un precursor insoluble o muy poco soluble de fórmula general (elemento de la clase 1)_{x} (elemento de la clase 2)_{y} O_{z}, en la que x, y y z están determinados por la valencia del elemento en solución. Un ejemplo de tales compuestos es CoWO_{4}. El precipitado así obtenido se separa entonces de la fase acuosa y se seca.

(c): Para los elementos de la clase 2: mezclando una solución acuosa de una sal o sales de uno o más de los elementos de la clase 2 con un ácido de manera que se forman compuestos insolubles o muy poco solubles con la fórmula general tal como MoO_{3}\cdotxH_{2}O o WO_{3}\cdotxH_{2}O. La variable x indica una cantidad variable de agua de cristalización, normalmente más pequeña de 3. El precipitado así obtenido se separa entonces de la fase acuosa y se seca.

(d): Para todos los elementos de las clases 1 y 2: mezclando, como en a, b y c, un precipitado que contiene parte de los constituyentes con una sal disuelta apropiada de uno o más del resto de constituyentes de la aleación y secar esta mezcla.

(e): Para todos los elementos de las clases 1 y 2: secando una solución acuosa compuesta por una mezcla de sales de los constituyentes de la aleación.

(f): Para todos los elementos de las clases 1 y 2: mediante descomposición térmica de cualquiera de los productos de (a), (b), (c), (d) y (e).

Cuando en el apartado anterior se menciona un proceso de secado, se debe entender que el secado tiene que hacerse de forma suficientemente rápida para que durante el proceso de secado los constituyentes permanezcan mezclados. Un método de secado apropiado es el secado por pulverización. No todas las sales mencionadas en (a), (b), (c), (d) y (e) son apropiadas. Las sales que, tras sufrir el tratamiento de reducción mencionado en el siguiente párrafo, generan un residuo con elementos que no están presentes en los constituyentes no son apropiadas. El resto de sales son
apropiadas.

La mezcla íntima previamente mencionada de dos o más precursores se puede preparar con una suspensión de estos precursores en un líquido apropiado, normalmente agua, removiendo vigorosamente esta suspensión durante el tiempo suficiente y secando esta suspensión. Las condiciones de reducción deben de ser tales que los constituyentes, excepto los ODS o los CDS, se reduzcan completamente o casi completamente, como indica el contenido en oxígeno mencionado en la descripción de la invención, y mientras el diámetro FSSS no exceda 20 \mu. Las condiciones típicas de reducción para los polvos de esta invención son una temperatura de 600 a 730ºC y una duración de 4 a 8 horas. Sin embargo, para cada polvo se deben de establecer experimentalmente las condiciones de reducción apropiadas, ya que hay un equilibrio entre el tiempo de reducción y la temperatura de reducción, y no todos los hornos se comportan exactamente del mismo modo. Una persona experimentada puede encontrar fácilmente las condiciones de reducción apropiadas mediante una experimentación simple utilizando las siguientes directrices:

-: si el diámetro FSSS es demasiado grande, la temperatura de reducción se debe disminuir.

-: si el contenido en oxígeno es demasiado alto, la duración de la reducción debe aumentar.

-: alternativamente la temperatura de reducción se puede aumentar si el contenido en oxígeno es demasiado alto, pero únicamente si esto no aumenta el diámetro FSSS por encima de los límites de la invención.

La atmósfera reductora es normalmente de hidrógeno, pero también puede contener otros gases reductores, como por ejemplo metano o monóxido de carbono. También se pueden añadir gases inertes como, por ejemplo, nitrógeno y argón.

Si se forma un CDS durante la reducción, la reacción debe tener lugar en una atmósfera con una actividad carbónica suficiente.

En conclusión, los polvos prealeados que son objeto de esta patente son capaces de resolver todos los inconvenientes mencionados anteriormente y presentan las siguientes ventajas:

-: los polvos se fabrican mediante un proceso químico, dando como resultado partículas porosas, una morfología de superficie áspera y unos valores de superficie específica altos, teniendo por tanto una influencia positiva tanto en la compactabilidad fría como en la sinterabilidad;

-: la adición de Co, Mo, Ni o W permite incrementar sustancialmente la dureza, siendo particularmente efectivos el Mo y el W. El ODS y el CDS tienen el mismo efecto;

-: el sistema se encuentra en un rango de composición que ofrece suficiente resistencia al impacto, la adición de Co, Mo, Ni o W permite niveles de Sn suficientemente altos para obtener un efecto completo sobre la temperatura de sinterización, al tiempo que se mantiene una estructura suficientemente dúctil.

El polvo se puede sinterizar a temperaturas relativamente bajas en un proceso de sinterización estándar, que no requiere etapas de proceso complicadas.

Los siguientes ejemplos ilustran el proceso de producción de los polvos aglutinantes de la invención y sus propiedades.

Ejemplo 1 Preparación de una aleación de Fe-Co-Mo-Cu-Sn

Este ejemplo está relacionado con la preparación de un polvo de acuerdo con la invención mediante la precipitación de un hidróxido mezclado y la posterior reducción de este hidróxido.

Mientras se agita, se añade una solución acuosa de una mezcla de cloruro metálico que contiene 21,1 g/l de Co, 21,1 g/l de Cu, 56,3 g/l de Fe (éste puede ser Fe^{2+} y/o Fe^{3+}) y 1,6 g/l de Sn, a una solución acuosa de 45 g/l de NaOH hasta que se alcanza un pH en torno a 10. Se permite un tiempo extra de una hora para que finalice la reacción, durante el cual el pH se controla y si es necesario se ajusta con una solución de un cloruro metálico o NaOH para que se mantenga un valor aproximado de 10. En estas condiciones se precipita más del 98% de cada uno de los metales.

Los valores absolutos de las concentraciones de los metales mencionadas son indicativos y pueden variar ampliamente desde únicamente unos pocos g/l del total de contenido metálico hasta el límite de solubilidad. La relación de las concentraciones de los metales está determinada por el producto final que se quiere obtener. Igualmente, la concentración de la solución de NaOH puede variar entre los mismos límites, pero deber ser suficiente para hacer que el pH de la mezcla esté entre 7 y 10,5. El pH final no es crítico; puede estar entre 7 y 10,5, pero normalmente se encuentra en el rango de 9 a 10,5.

El precipitado se separa por filtración, lavado con agua purificada hasta que queda esencialmente libre de Na y Cl, y se mezcla con una solución acuosa de heptamolibdato de amonio ((NH_{4})_{6}Mo_{7}O_{24}\cdot4H_{2}O). En esta mezcla no son críticas las concentraciones del precipitado y el heptamolibdato de amonio, mientras la viscosidad de la suspensión formada sea suficientemente baja para permitir el bombeo, y las concentraciones del precipitado y del heptamolibdato de amonio se correspondan con la relación de los metales en el polvo de la aleación metálica a preparar. En lugar de heptamolibdato de amonio, también se puede utilizar dimolibdato de amonio ((NH_{4})_{2}Mo_{2}O_{7}). La mezcla se seca en un secador por pulverización y el precipitado seco se reduce durante 7,5 h en un horno a 730ºC en una corriente de hidrógeno de 200 l/h.

Se obtuvo una pastilla porosa metálica, la cual da un producto metálico en polvo al ser triturada (llamado en lo sucesivo Polvo 1), formada por un 20% de Co, un 20% de Cu, un 53,5% de Fe, un 5% de Mo, un 1,5% de Sn (estos porcentajes son únicamente de la fracción metálica) y un 0,48% de oxígeno medido con el método de pérdida en hidrógeno.

El Polvo 1, Fe_{53,5}CO_{20}Mo_{5}Cu_{20}Sn_{1,5}, es una composición de acuerdo con la invención. Las partículas de polvo tienen un diámetro promedio de 9,5 \mum, medido con el FSSS.

Ejemplo 2 Preparación de una aleación Fe-Mo-Cu-Sn

Se utilizó el método del ejemplo 1, pero con concentraciones de las diversas sales metálicas adaptadas para obtener una composición final diferente. La temperatura de reducción en este caso fue de 700ºC.

Se preparó un polvo metálico (llamado en lo sucesivo Polvo 2) formado por un 20% de Cu, un 73,5% de Fe, un 5% de Mo, un 1,5% de Sn (estos porcentajes son únicamente de la fracción metálica) y un 0,44% de oxígeno. Las partículas de polvo tienen un diámetro promedio de 8,98 \mum, medido con el FSSS.

El Polvo 2, Fe_{73,5}Mo_{5}Cu_{20}Sn_{1,5}, difiere del Polvo 1 en que todo el Co ha sido reemplazado por Fe, de esta manera el Polvo 2 está libre de Co y Ni. Este polvo se encuentra dentro del rango de composición de la invención.

Ejemplo 3 Preparación de una aleación de Fe-Co-W-Cu-Sn

Este ejemplo está relacionado con la preparación de un polvo de acuerdo con la invención mediante precipitación de hidróxidos metálicos simples, la posterior mezcla de éstos en una suspensión, seguida por el secado y la reducción de esta mezcla de hidróxidos.

Los hidróxidos individuales u oxihidróxidos de Co, Cu, Sn y Fe se fabricaron con cloruros metálicos individuales seguidos de precipitación, filtración y lavado como se describe en el ejemplo 1. Se preparó una suspensión con una mezcla de estos hidróxidos individuales. Las concentraciones de los hidróxidos metálicos individuales se correspondieron con las composiciones de los polvos prealeados deseados. A esta suspensión, se añadió una solución de metatungstato de amonio ((NH_{4})_{6}H_{2}W_{12}O_{40}.3H_{2}O) en agua, en una concentración y cantidad que correspondía a la composición final del polvo prealeado. En lugar de metatungstato de amonio, también se puede utilizar paratungstato de amonio ((NH_{4})_{10}H_{2}W_{12}O_{42}.4H_{2}O).

Los elementos en la suspensión se mezclaron bien, se secaron por pulverización, y se redujeron y trituraron siguiendo el ejemplo 1. Se obtuvo un polvo metálico (llamado en lo sucesivo Polvo 3) formado por un 20% de Co, un 20% de Cu, un 53,5% de Fe, un 1,5% de Sn, un 5% de W (estos porcentajes son únicamente de la fracción metálica) y un 0,29% de oxígeno. Las partículas de polvo tienen un diámetro promedio de 4,75 \mum, medido con el FSSS.

El Polvo 3, Fe_{53,5}Co_{20}W_{5}Cu_{20}Sn_{1,5}, se encuentra dentro del rango de composición de la invención; difiere del Polvo 1 en que el Mo se sustituyó por el W.

Ejemplo 4 Preparación de una aleación Fe-W-Cu-Sn con ODS

Se utilizó el método del ejemplo 1 con concentraciones de los diversos cloruros metálicos de la solución inicial adaptadas para obtener una composición final diferente; se añadió Y a la solución, en forma de YCl_{3} soluble. En lugar de metatungstato de amonio se utilizó heptamolibdato de amonio.

Se obtuvo un polvo metálico (llamado en lo sucesivo Polvo 4) compuesto por un 20,45% de Cu, un 75% de Fe, un 1,8% de Sn, un 2,5% de W, un 0,25% de Y_{2}O_{3} (estos porcentajes son únicamente de la fracción metálica) y un 0,44% de oxígeno. Las partículas de polvo tienen diámetro promedio de 2,1 \mum, medido con el FSSS.

El Polvo 4, Fe_{75}W_{2,5}Cu_{20,45}Sn_{1,8}(Y_{2}O_{3})_{0,25}, se encuentra dentro del rango de composición de la invención y está completamente libre de Co y Ni.

Ejemplo 5 Resistencia en verde y análisis de sinterabilidad

Este ejemplo está relacionado con una serie de análisis que comparan la sinterabilidad de los Polvos 1, 2 y 3 con la de los polvos aglutinantes estándar. También se analizaron los siguientes polvos de referencia.

(a): Se sinterizó Polvo Extra Fino de Cobalto (Umicore EF) producido por Umicore, que se considera como el polvo estándar para la fabricación de herramientas de diamante, en las mismas condiciones que los polvos prealeados. Umicore EF tiene un diámetro promedio de 1,2 a 1,5 \mum medido con el FSSS. Su contenido en oxígeno está entre el 0,3 y el 0,5%. Su contenido en Co es al menos el 99,85%, excluyendo el oxígeno, siendo el resto impurezas inevitables. Los valores medidos de Umicore EF se mencionan como referencia.

(b): Cobalite® 601 producido por Umicore, se refiere al polvo prealeado comercialmente disponible, formado por un 10% de Co, un 20% de Cu y un 70% de Fe.

(c): Cobalite® 801 se refiere a otro polvo prealeado comercialmente disponible de Umicore, formado por un 25% de Co, un 55% de Cu, un 13% de Fe y un 7% de Ni. Los dos polvos Cobalite® se fabrican de acuerdo con la invención descrita en el documento EP-A-0990056.

Para evaluar la resistencia en verde, se realizaron análisis de Rattler con los Polvos 1 a 4 y con las muestras de referencia. Los resultados se dan en la tabla 1.

TABLA 1

Resistencia en verde de los polvos aglutinantes
Polvo	Valor Rattler (%)
Umicore EF	< 5
Cobalite® 601	< 5
Cobalite® 801	< 5
Polvo 1	< 5
Polvo 2	< 5
Polvo 3	< 5
Polvo 4	< 5

Los resultados muestran que la resistencia en verde de los nuevos polvos es tan buena como la de los polvos de referencia.

Se realizaron una serie de análisis comparando la sinterabilidad de los Polvos 1 a 4 con la de los polvos de referencia de la siguiente manera: se sinterizaron conglomerados en forma de disco con un diámetro de 20 mm a 35 MPa durante 3 minutos a diferentes temperaturas en moldes de grafito. Se midió la densidad relativa de las piezas sinterizadas. Los resultados se dan en la tabla 2.

TABLA 2

Densidad relativa de los polvos sinterizados
Polvo	Densidad (%) a temperatura de sinterización
	750ºC	800ºC	850ºC	900ºC
Umicore EF	95,4	97,1	97,6	97,5
Cobalite® 601	97,9	97,3	97,8	98,3
Cobalite® 801	96,7	97,7	97,2	97,2
Polvo 1	97,5	97,2	98,8	97,9
Polvo 2	99,4	99,5	99,7	99,7
Polvo 3	97,7	97,6	98,4	97,2
Polvo 4	98,2	98,3	98,7	98,5

Los resultados muestran que mediante la sinterización bajo presión se pueden obtener para los nuevos polvos densidades próximas a la densidad teórica de las aleaciones. Además, se obtienen valores de alta densidad a temperaturas relativamente bajas. La sinterización por encima de 850ºC no mejora la densidad relativa de los Polvos 1 a 4.

Ejemplo 6 Propiedades mecánicas de las aleaciones Fe-Co-Ni-Mo-W-Cu-Sn

Este ejemplo está relacionado con una serie de análisis que comparan las propiedades mecánicas de los Polvos 1 a 4 con las de los polvos de referencia.

Se sinterizaron conglomerados en forma de barra con dimensiones de 55 x 10 x 10 mm^{3} a 35 MPa durante 3 minutos a una temperatura de 800ºC en moldes de grafito. Se midieron la dureza Vickers y la resistencia al impacto de las piezas sinterizadas (método Charpy). Los resultados de las medidas se muestran en la tabla 3. Los valores medidos en segmentos similares de Umicore EF, Cobalite® 601 y Cobalite® 801 se mencionan como referencia.

TABLA 3

Dureza y ductilidad de los polvos sinterizados
Polvo	Dureza Vickers (HV10)	Resistencia al impacto (J/cm^{2})
Umicore EF	280	87 a 123
Cobalite® 601	250	74
Cobalite® 801	221	77
Polvo 1	327	54
Polvo 2	240	48
Polvo 3	322	33
Polvo 4	221	55

Los resultados muestran que los Polvos 1 y 3 que contienen Co son más duros que los polvos de referencia. Este incremento de la dureza se consigue sin dar lugar a valores frontera de la ductilidad. Los Polvos 2 y 4 libres de Co y Ni demostraron ser un interesante sustituto de los polvos de referencia, con la ventaja de no contener metales que podrían resultar dañinos para el medio ambiente.

La figura 1 ilustra todo el potencial de la invención. Representa la dureza de los segmentos, sinterizados a partir de polvos prealeados, como una función de la relación de Co y Fe, en ausencia de Ni. Todos los polvos utilizados representados en esta figura se fabricaron de acuerdo con los métodos de la invención y contenían entre un 18 y un 20% de Cu. En el caso de los polvos prealeados de acuerdo con la invención, el nivel de Mo o W era del 5% y el nivel de Sn era de entre el 1,8 y el 2%. Todos los polvos se sinterizaron a 750, 800 y 850ºC. A partir de estos tres resultados para cada polvo, se eligió la temperatura óptima como la temperatura con la mayor dureza, siempre que la ductilidad fuera de al menos 20 J/cm^{2}. Esta dureza óptima se representó en la Figura 1. La conclusión es que los segmentos sinterizados a partir de los polvos, preparados de acuerdo con la invención, muestran una dureza mayor que los segmentos sinterizados a partir de los polvos, preparados de acuerdo con los mismos métodos pero sin la adición de Sn, Ni, W o Mo. Dicho de otro modo, los segmentos sinterizados a partir de los polvos preparados de acuerdo con la invención y mostrando la misma dureza que los segmentos sinterizados a partir de los polvos preparados de acuerdo con la técnica anterior, contienen menos Co.

Ejemplo 7 Propiedades de polvos sinterizados que contienen ODS

En este ejemplo, los polvos que contienen ODS de acuerdo con la invención, como por ejemplo el Polvo 4, se comparan con un polvo sin ODS, también de acuerdo con la invención.

Se sinterizaron conglomerados en forma de barra con dimensiones de 55 x 10 x 10 mm^{3} a 35 MPa durante 3 minutos a una temperatura de 800ºC en moldes de grafito. Se midieron la dureza Vickers, la resistencia al impacto y la densidad de las piezas sinterizadas. Los resultados de las medidas se muestran en la tabla 4.

TABLA 4

Influencia del ODS
Polvo	Densidad	Dureza	Resistencia al impacto
	(%)	(HV10)	(J/cm^{2})
Fe_{75,2}W_{2,5}Cu_{20,5}Sn_{1,8}	98,8	211	60
Fe_{75}W_{2,5}Cu_{20,45}Sn_{1,8}(Y_{2}O_{3})_{0,25}(*)	98,3	221	55
Fe_{74,8}W_{2,5}Cu_{20,4}Sn_{1,8}(Y_{2}O_{3})_{0,5}	99,3	227	42
(*) Polvo 4

Los resultados muestran que la adición de un óxido reforzador permite una dureza mejor, sin sacrificar nada de la sinterabilidad y únicamente con un impacto limitado sobre la ductilidad.

Ejemplo 8 Influencia del Sn y el W

Este ejemplo ilustra la influencia de la adición de Sn sobre la sinterabilidad de los polvos y sobre la ductilidad de los segmentos obtenidos. Los fabricantes de herramientas de diamante a menudo añaden W o Mo para aumentar la resistencia y la dureza de sus segmentos. Para ilustrarlo, se prepararon polvos prealeados basados en Cobalite® 601, pero con una sustitución parcial del Fe por Mo y W. Los segmentos se sinterizaron a 35 MPa durante 3 minutos a una temperatura de respectivamente 850ºC y 900ºC en moldes de grafito. Los resultados se resumen en la tabla 5.

TABLA 5

Densidad y dureza de los polvos sinterizados que no contienen Sn
Polvo	Densidad (%) a temperatura de sinterización	Dureza (HV10)
	850ºC	900ºC
Fe_{67,4}Co_{10}Cu_{20}Mo_{2,6}	89,7	93,0	266
Fe_{68,75}Co_{10}Cu_{20}W_{1,25}	94,1	96,1	229

Las densidades obtenidas con los polvos que contienen Mo o W, pero no Sn, son demasiado pequeñas para producir segmentos buenos.

Por otro lado, si la proporción en peso del Sn es demasiado grande, esto dará como resultado unos segmentos muy frágiles, debido a la formación de la fase \delta. Esto se muestra en la tabla 6. Esta tabla resume los valores de la resistencia al impacto de 3 muestras que contienen un 5% de Sn y que tienen una composición similar a la de los Polvos 1 a 3. Todas las muestras tienen una relación Sn/Cu de aproximadamente 0,25, lo que está claramente fuera del ámbito de la invención. Los segmentos se sinterizaron a 35 MPa durante 3 minutos a una temperatura de 800ºC en moldes de grafito.

TABLA 6

Resistencia al impacto de los polvos sinterizados con exceso de Sn
Polvo	Resistencia al impacto (J/cm^{2})
Fe_{63}Co_{9}Mo_{5}Cu_{18}Sn_{5}	0,6
Fe_{70}Mo_{5}Cu_{20}Sn_{5}	1,7
Fe_{63}Co_{9}W_{5}Cu_{18}Sn_{5}	0,7

Reduciendo el contenido de Sn se recupera la ductilidad, siempre que se pueda evitar la difusión de Sn en la red de Fe, como se muestra en la siguiente tabla. Los polvos se prepararon de acuerdo con la invención y los segmentos se sinterizaron por prensado durante 3 minutos a una temperatura de 800ºC en moldes de grafito, bajo una presión de 35 MPa.

TABLA 7

Propiedades mecánicas de los polvos sinterizados con Sn y W
Polvo	Densidad	Dureza	Resistencia al impacto
	(%)	(HV10)	(J/cm^{2})
Fe_{77}Cu_{21,1}Sn_{1,9}(*)	99,7	195	5,8
Fe_{75,1}W_{2,5}Cu_{20,5}Sn_{1,9}	100	230	70
Fe_{73,2}W_{5}Cu_{20}Sn_{1,8}	99,7	235	93
Fe_{71,2}W_{7,5}Cu_{19,5}Sn_{1,8}	100	248	33
Fe_{69,3}W_{10}Cu_{18,9}Sn_{1,8}	97,0	239	20
(*) Polvo fuera del ámbito de la invención

Los resultados demuestran que para mantener la ductilidad es necesaria la adición de un elemento reforzador a la fase del Fe. Estos datos también muestran claramente que el límite para la adición de W es de aproximadamente el 10%. Para valores mayores, la ductilidad es demasiado pequeña.

Ejemplo 10 Preparación de una aleación Fe-Co-W-Cu-Sn-(WC)

Se preparó un precursor de acuerdo con el método del ejemplo 3 pero con una composición diferente. Se calentaron 20 g de este precursor en presencia de una mezcla de gases, utilizando una tasa de flujo de 100 l/h. La mezcla estaba formada por un 17% CO y un 87% de H_{2}. El programa de calentamiento fue como sigue:

- 50ºC/min hasta los 300ºC;

- 2,5ºC/min hasta los 770ºC.

A continuación, se mantuvo la temperatura constante durante 2 horas, después de lo cual se modificó la atmósfera a un 100% de H_{2}, manteniendo la temperatura de 770ºC constante durante otra hora. A continuación, se modificó la atmósfera a un 100% de N_{2} y el horno se apagó.

Se obtuvo un polvo metálico formado por un 20% de Cu, un 58,5% de Fe, un 1,5% de Sn, un 10% de W, un 10% de Co (estos porcentajes son únicamente de la fracción metálica) y un 0,88% de oxígeno. La difracción por rayos X mostró la presencia de picos que correspondían a WC, indicando la conversión parcial del W en WC. Las partículas de polvo tenían un diámetro promedio de 2,0 \mum, medido con el FSSS. Estos polvos están dentro del rango de composición de la invención.

Ejemplo 11 Otras composiciones de acuerdo con la invención

Utilizando métodos análogos a los ejemplos 1 a 4, se fabricó un número de polvos prealeados en el sistema Fe-Cu-Co-W-Mo-Sn-ODS. La tabla 8 ofrece una visión general de los polvos que, tras la sinterización a una temperatura de 850ºC o menor, tienen una resistencia al impacto Charpy de más de aproximadamente 20 J/cm^{2}. Todas estas composiciones tienen una dureza de 200 HV10 o más. Todas estas composiciones están dentro del rango de composición de la invención.

Ejemplo 12 Composiciones fuera del ámbito de la invención

Utilizando métodos análogos a los ejemplos 1 a 4, se fabricó un número de polvos prealeados en el sistema Fe-Cu-Co-W-Mo-Sn-ODS. La tabla 9 ofrece una visión general de los polvos que, tras la sinterización a una temperatura de 850ºC o menor, tienen una resistencia al impacto Charpy de menos de aproximadamente 20 J/cm^{2}. Estos polvos no están incluidos en la presente invención.

TABLA 8

1

2

3

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TABLA 9

4

Ejemplo 13 Efecto de la aleación mecánica sobre la reactividad de sinterización

En las tablas 10a a 10e, se compara la reactividad de sinterización de los polvos finos prealeados producidos mediante la reducción de un precursor con la de polvos gruesos producidos mediante aleación mecánica. Los polvos preparados mediante la reducción de un precursor se fabricaron de acuerdo con el proceso detallado en los ejemplos 1 a 3. Los polvos aleados mecánicamente se fabricaron mediante el tratamiento de una simple mezcla de polvos de metales individuales a 1000 rpm durante 3 horas en un molino de bolas de alta intensidad Simoloyer® CM8 fabricado por ZOZ GmbH en Alemania. Los dos tipos de polvos se sinterizaron en una prensa caliente durante 3 minutos a las temperaturas especificadas bajo una presión de 350 bares, y se midió la densidad del conglomerado obtenido.

TABLA 10a

Reactividad de sinterización de polvos Fe_{53,5}Co_{20}Mo_{5}Cu_{20}Sn_{1,5} de acuerdo con la invención
Proceso	Reducción de un precursor	Aleación mecánica
Sympatec d50 (\mum)	7,3	51
Oxígeno (%)	0,16	0,45
Sinterización (ºC)	Densidad relativa (%)	Densidad relativa (%)
725	91	94
750	95	97
775	98	98
800	99	98

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TABLA 10b

Reactividad de sinterización de polvos Fe_{73,5}Mo_{5}Cu_{20}Sn_{1,5} de acuerdo con la invención
Proceso	Reducción de un precursor	Aleación mecánica
Sympatec d50 (\mum)	16,2	52
Oxígeno (%)	0,44	0,41
Sinterización (ºC)	Densidad relativa (%)	Densidad relativa (%)
750	<80	99
800	85	99
850	99	99
900	99	99

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TABLA 10c

Reactividad de sinterización de polvos Fe_{74,5}Mo_{4}Cu_{20}Sn_{1,5} de acuerdo con la invención
Proceso	Reducción de un precursor	Aleación mecánica
Sympatec d50 (\mum)	18,3	28
Oxígeno (%)	0,41	0,39
Sinterización (ºC)	Densidad relativa (%)	Densidad relativa (%)
750	78	96
800	84	98
850	96	99
900	97	99

TABLA 10d

Reactividad de sinterización de polvos Fe_{53,2}Co_{20}W_{5}Cu_{20}Sn_{1,8} de acuerdo con la invención
Proceso	Reducción de un precursor	Aleación mecánica
Sympatec d50 (\mum)	9,8	55,8
Oxígeno (%)	0,28	0,50
Sinterización (ºC)	Densidad relativa (%)	Densidad relativa (%)
650	81	95
675	89	97
700	90	97
725	98	98

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TABLA 10e

Reactividad de sinterización de polvos Fe_{58,5}Co_{10}W_{10}Cu_{20}Sn_{1,5} de acuerdo con la invención
Proceso	Reducción de un precursor	Aleación mecánica
Sympatec d50 (\mum)	9,4	54
Oxígeno (%)	0,30	0,32
Sinterización (ºC)	Densidad relativa (%)	Densidad relativa (%)
650	87	91
675	91	94
700	95	95
725	98	98

En las tablas 10a a 10e, se puede observar que los polvos aleados mecánicamente pueden ser sinterizados eficazmente a temperaturas de aproximadamente 100ºC por debajo a las temperaturas necesarias para los polvos obtenidos mediante la reducción de un precursor. Esto ocurre incluso aunque los polvos producidos mediante aleación mecánica sean considerablemente más gruesos que los polvos producidos mediante la reducción de un precursor.

Claims

1. Polvo prealeado con composición Fe_{a}Co_{b}Ni_{c}Mo_{d}W_{e}Cu_{f}Sn_{g}(DS)_{h}, representando a, b, c, d, e, f, g y h los porcentajes en peso de los componentes, siendo DS cualquiera entre un óxido de uno o más metales del grupo formado por Mg, Mn, Ca, Cr, Al, Th, Y, Na, T y V, un carburo de uno o más metales del grupo formado por Fe, W, Mo, Zr y Ti, y una mezcla de dicho óxido y de dicho carburo, siendo los otros componentes impurezas inevitables, donde

a + b + c + d + e + f + g + h = 100,

d \leq 8, e \leq 10, h \leq 2,

5 \leq f + g \leq 45,

6,4 \leq f / g \leq 25

y

1,5 \leq [a / (b+c+2d+2e)] - 4h \leq 33,

teniendo además el polvo una pérdida de masa por reducción en hidrógeno no superior al 2%, medido de acuerdo con el estándar ISO 4491-2:1989.

2. Polvo prealeado de acuerdo con la reivindicación 1, fabricado mediante aleación mecánica, y teniendo un tamaño promedio de partícula (d50) inferior a 500 \mum.

3. Polvo prealeado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por un tamaño de partícula que no excede de 20 \mum, medido con el Sub Clasificador de Tamiz de Fisher.

4. Polvo prealeado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde o bien b=0, c=0, o b+c=0.

5. Polvo prealeado de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado por un tamaño de partícula que no excede de 15 \mum, y que preferiblemente no excede de 10 \mum, medido con el Sub Clasificador de Tamiz de Fisher.

6. Polvo prealeado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polvo presenta una superficie específica de al menos 0,1 m^{2}/g, medido de acuerdo con el BET.

7. Polvo prealeado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el polvo presenta una pérdida de masa por reducción en hidrógeno que no excede del 1%, y que preferiblemente no excede del 0,5%, medido de acuerdo con el estándar ISO 4491-2:1989.

8. Uso de polvos prealeados de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de objetos metálicos.

9. Uso de polvos prealeados de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para la fabricación de herramientas de diamante mediante sinterización en caliente o prensado en caliente.

10. Proceso de preparación de una composición de polvo de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, que consta de las siguientes etapas:

-: proporcionar las cantidades de polvos elementales, prealeados o aleados de acuerdo con la composición del polvo,

-: someter dichas cantidades a una etapa de aleación mecánica.