ES2254226T3

ES2254226T3 - Material compuesto lubricante y procedimiento para su preparacion.

Info

Publication number: ES2254226T3
Application number: ES00963206T
Authority: ES
Inventors: Hilmar Vidarsson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: EP1214143B1; BR0013913B1; CN1185045C; DE60026045T2; US6395688B2; BR0013913A; SE9903245D0; JP4758045B2; CA2382717C; US20010029808A1; MXPA02002564A; JP2003509581A; DE60026045D1; TW513484B; WO2001019508A1; AU7465400A; CN1373684A; EP1214143A1; CA2382717A1

Abstract

Procedimiento para la preparación de un material compuesto lubricante para pulvimetalurgia, caracterizado por seleccionar un primer lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por encima de 120ºC, y un segundo lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por debajo de 110ºC; mezclar los lubricantes a una temperatura elevada con el fin de que fundan los lubricantes y someter la mezcla a un enfriamiento rápido para obtener un material compuesto lubricante metaestable.

Description

Material compuesto lubricante y procedimiento para su preparación.

Esta invención se refiere a un material compuesto lubricante para pulvimetalurgia y a la manufactura y uso de este material compuesto lubricante. Más en particular, la invención se refiere a un material compuesto lubricante que incluye una combinación de al menos dos lubricantes.

Los metales en polvo, por ejemplo, hierro en polvo, se usan para hacer piezas pequeñas, bastante complicadas, por ejemplo, engranajes. La fabricación de tales piezas metálicas por tecnología pulvimetalúrgica implica las etapas siguientes:

el metal en polvo se mezcla con un lubricante y otros aditivos para formar una mezcla,

la mezcla obtenida se vierte en un molde y se compacta para formar una pieza usando una presión alta, usualmente del orden de 200 a 1000 MPa,

la pieza se extrae del molde y se somete a una temperatura alta para descomponer y eliminar el lubricante,

la pieza se calienta a una temperatura más alta para hacer que todas las partículas del metal de la pieza sintericen entre sí, y

se enfría la pieza, después de lo cual queda preparada para su uso.

Los lubricantes se añaden a los polvos metálicos por varias razones. Una razón es que facilitan la producción de piezas compactas para sinterizar por lubricar el interior del polvo durante el proceso de compactación. Mediante selección de los lubricantes apropiados se pueden obtener las altas densidades que frecuentemente se requieren. Además, los lubricantes proporcionan la necesaria acción de lubricación que se requiere para extraer la pieza del molde. Una lubricación insuficiente dará por resultado desgaste y rugosidad de la superficie del molde debido a una fricción excesiva durante la extracción, lo que dará lugar a un fallo prematuro del molde. Los problemas debidos a una lubricación insuficiente se pueden resolver de dos maneras: aumentando la cantidad del lubricante o seleccionando lubricantes más eficientes. Sin embargo, un aumento de la cantidad de lubricante tiene un efecto lateral indeseado, en tanto que la ganancia de densidad por una "lubricación interna" mejor es contrarrestada por el mayor volumen del lubricante. La elección mejor, por tanto, sería la de seleccionar lubricantes más eficientes.

Pero los agentes lubricantes muy efectivos conocidos tienen un punto de fusión bajo. Este rasgo distintivo da por resultado problemas antes del proceso de compactación en cuanto al deslizamiento del polvo y la densidad aparente. Para que el proceso transcurra apropiadamente en la prensa de producción, es necesario que el polvo deslice de forma relativamente libre, si bien una densidad aparente estable facilita una alta calidad durante la producción. Así, las piezas tienen igual peso y presentan unas tolerancias dimensionales estrechas, lo que reduce la necesidad de operaciones posteriores tales como calibrados.

Hasta el momento, el uso de agentes de lubricación muy eficientes ha sido muy limitado debido a su efecto negativo sobre las propiedades de los polvos. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para hacer que estos lubricantes sean industrialmente útiles.

En resumen, el procedimiento para hacer los nuevos materiales compuestos lubricantes de acuerdo con la presente invención incluye las etapas de:

seleccionar un primer lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por debajo de 110ºC, y un segundo lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por encima de 120ºC;

mezclar los lubricantes a una temperatura elevada con el fin de que fundan los lubricantes y

someter la mezcla a un enfriamiento rápido para obtener un material compuesto lubricante metaestable.

Son ejemplos de lubricantes del primer grupo, amidas y bisamidas de ácidos grasos saturados e insaturados, tales como estearamida, oleamida y etilen-bis-oleoamida. La cantidad de este primer lubricante depende del lubricante específico y puede variar entre 5 y 75% en peso.

El segundo lubricante se puede seleccionar entre los lubricantes actualmente utilizado en pulvimetalurgia y, preferiblemente, este lubricante se selecciona entre el grupo consistente en bisamidas de ácidos grasos, tales como etilen-bis-estearamida (EBS).

La mezcla de los dos tipos de lubricantes se calienta durante la mezcladura a una temperatura por encima del punto de fusión del segundo lubricante durante un período de tiempo suficiente para que resulte una mezcla homogénea, que luego se somete a un enfriamiento rápido que es una característica crítica del procedimiento de acuerdo con la presente invención.

La velocidad alta de enfriamiento se puede lograr por varios métodos bien conocidos, tales como por vertido de la mezcla fundida en nitrógeno líquido o agua, por atomización del material fundido o por vertido de la mezcla fundida sobre una superficie metálica enfriada. La velocidad de enfriamiento necesaria depende de la composición y también puede variar con las cantidades relativas del primer lubricante y el segundo lubricante. Por ejemplo, para algunas composiciones y cantidades pueden ser necesarias velocidades de enfriamiento de más de 100ºC/s, en tanto que en otras circunstancias pueden ser suficientes velocidades de enfriamiento de aproximadamente 1ºC/s. En cualquier caso, es necesario un enfriamiento acelerado o forzado para lograr una fase metaestable, lo que un rasgo distintivo del nuevo material compuesto lubricante de acuerdo con la presente invención y que posibilita aprovechar la ventaja de las valiosas propiedades lubricantes de los lubricantes con un punto de fusión relativamente bajo que en la forma de fase metaestable retienen el elevado efecto de lubricación y pierden la influencia negativa sobre el deslizamiento.

Dependiendo del modo de preparación, el material compuesto lubricante solidificado puede desmenuzarse luego a un tamaño de partícula adecuado mediante, por ejemplo, molienda. Los tamaños medios de partícula preferidos están entre 3 y 150 \mum.

Es muy deseable una forma esférica porque conduce a velocidades de enfriamiento y densidades aparentes muy altas.

Cuando se mezcla con polvos metálicos, la concentración adecuada del material compuesto lubricante más los opcionales lubricantes sólidos convencionales está en el intervalo de 0,1 a 5% en peso, preferiblemente de 0,3 a 1% en peso.

El siguiente ejemplo no limitativo ilustra la invención.

Se prepararon mezclas de polvo de hierro usando composiciones lubricantes preparadas por diferentes métodos. Los lubricantes tenían una composición según una receta común de 75% de etilen-bis-estearamida (EBS, adquirible como cera Hoechst de Hoechst AG, Alemania) que tiene un punto de fusión de aproximadamente 145ºC y 25% de oleamida (adquirible de Croda) que tiene un punto de fusión de aproximadamente 70ºC. El polvo de hierro era ASC100.29 (de Höganäs AB, Suecia) y se mezcló 0,5% en peso de grafito con el polvo de hierro.

La primera composición lubricante se preparó micronizando los dos ingredientes separadamente a tamaños medios de partícula de menos de 30 \mum y mezclándolos luego con la mezcla de polvo de hierro.

La segunda composición lubricante se preparó mezclando físicamente los dos ingredientes antes del proceso de fusión a 180ºC, durante un tiempo suficiente para que se intermezclaran los dos lubricantes. A ello siguió un enfriamiento lento hasta alcanzar la temperatura ambiente. Posteriormente, el material se micronizó a tamaños de partículas similares a los de la primera composición polímera y luego se mezcló con la mezcla de polvo de hierro.

La tercera composición lubricante se preparó de manera similar a la segunda, con la excepción de que la composición fundida se hizo pasar forzadamente a través de tubos capilares a nitrógeno líquido. Se alcanzó así un enfriamiento rápido y, finalmente, el material se micronizó y la composición micronizada se mezcló con la mezcla de polvo de hierro como se ha descrito antes.

Los resultados se resumen en la tabla siguiente y demuestran que se obtiene una mezcla de polvos útil sólo en el caso de un enfriamiento rápido.

Lubricante	Fusión inicial	Deslizamiento	Densidad Aparente
	Pico principal ºC	s/50 g	g/cm^{3}
Enfriamiento rápido	107	29,7	2,99
Mezcladura física	69	No desliza	3,07
Enfriamiento lento	59	No desliza	2,95

Claims

1. Procedimiento para la preparación de un material compuesto lubricante para pulvimetalurgia, caracterizado por

seleccionar un primer lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por encima de 120ºC, y un segundo lubricante que tiene un punto de fusión o una parte sustancial de su punto de fusión por debajo de 110ºC;

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer lubricante se selecciona entre el grupo consistente en amidas y bisamidas de ácidos grasos saturados o insaturados, tales como estearamida, oleamida y etilen-bis-oleamida, y el segundo lubricante se selecciona entre el grupo consistente en bisamidas de ácidos grasos, tales como etilen-bis-estearamida (EBS).

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer lubricante es EBS y el segundo lubricante es oleamida.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se usa oleamida en una cantidad entre 5 y 75%, preferiblemente entre 15 y 45% y, muy preferiblemente, entre 20 y 30% en peso de la totalidad de lubricante.

5. Material compuesto lubricante para pulvimetalurgia, caracterizado porque esencialmente consiste en un material compuesto por al menos dos lubricantes según se han definido en la reivindicación 1 y porque se obtiene enfriando rápidamente una mezcla fundida de los lubricantes.

6. Material compuesto lubricante de acuerdo con la reividicación 5, caracterizado porque incluye una fase metaestable de etilen-bis-estearamida y oleamida.