ES2304096B1 - Suspensiones de composiciones de polvos metalurgicos y articulos y metodos que utilizan dichas composiciones. - Google Patents
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Abstract
Suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgicos y artículos y métodos que utilizan dichas composiciones
que incluyen un polvo magnético, que tiene una capa de óxido
exterior suspendida en un fluido de soporte. Los polvos magnéticos
incluyen polvos a base de hierro, tales como por ejemplo polvos de
hierro pre-aleados con otros elementos. Los
materiales de aleación incluyen columbio, silicio, calcio,
manganeso, magnesio, carbono, boro, aluminio, titanio, molibdeno,
cromo, cobre, níquel, oro, vanadio, fósforo, o combinaciones de
ellos. Los fluidos de soporte incluyen fluidos a base de silicio
y/o aceites, tales como aceites hidrocarburos. La capa de óxido
exterior incluye materiales de aleación que son
reaccionados/combinados con oxígeno. Los polvos magnéticos
muestran tasas bajas de oxidación sobre una amplia gama de temperatura. Los artículos que incorporan las suspensiones de composiciones de polvos metalúrgicos incluyen amortiguadores que tienen una cámara, un pistón móvil alternativo en la cámara, y una fuente de magnetismo conectada operativamente a la cámara. La fuente de magnetismo, cuando se activa, produce un campo magnético que cambia la viscosidad aparente de la suspensión de composición de polvo metalúrgico.
muestran tasas bajas de oxidación sobre una amplia gama de temperatura. Los artículos que incorporan las suspensiones de composiciones de polvos metalúrgicos incluyen amortiguadores que tienen una cámara, un pistón móvil alternativo en la cámara, y una fuente de magnetismo conectada operativamente a la cámara. La fuente de magnetismo, cuando se activa, produce un campo magnético que cambia la viscosidad aparente de la suspensión de composición de polvo metalúrgico.
Description
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Suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgicos y artículos y métodos que utilizan dichas
composiciones.
La presente invención reivindica el beneficio de
la Solicitud Provisional Nº de Serie 60/525.571, presentada el 26
de Noviembre del 2003, cuya descripción se incorpora por referencia
en su integridad.
Esta invención se refiere, en general, a
composiciones de polvo metalúrgico, a artículos fabricados a partir
de las mismas y a métodos de fabricación de los mismos. Más
particularmente, la invención se refiere a composiciones
magneto-reológicas.
Los fluidos magneto-reológicos
están sujetos a un cambio en la viscosidad aparente en la presencia
de un campo magnético. Convencionalmente, las composiciones de
polvos metalúrgicos, que muestran propiedades
magneto-reológicas, están compuestas de partículas
magnéticas, tales como, por ejemplo, partículas ferromagnéticas o
paramagnéticas, suspendidas en un medio de soporte.
Cuando las composiciones
magneto-reológicas se exponen a un campo magnético,
las partículas magnéticas de la composición
magneto-reológica se polarizan y de esta manera se
organizan en cadenas de partículas. Las cadenas de partículas se
alinean para incrementar la viscosidad aparente, o la resistencia al
flujo, de todo el fluido. En ausencia de un campo magnético, las
partículas retornan a un estado desorganizado, o estado libre, y la
viscosidad aparente, o la resistencia al flujo, de todo el material
se reduce en una medida correspondiente.
En la patente U. S. Nº 2.667.237 (la patente
237) se describen composiciones magneto-reológicas
convencionales. La patente 237 enseña una dispersión de partículas
paramagnéticas o ferromagnéticas en un líquido, refrigerante, o
grasa semisólida, por ejemplo polvo de hierro y aceite ligero para
máquina. En una forma de realización, la patente 237 describe polvo
de hierro de carbonilo.
Las composiciones
magneto-reológicas se utilizan en mecanismos
lineales y giratorios como un material de adhesión rígido, tal como
por ejemplo, en sistemas de frenos, amortiguadores de suspensión de
vehículos y dispositivos de generación de polvo. En los
dispositivos de amortiguación, las composiciones
magneto-reológicas permiten que la viscosidad de un
fluido de amortiguación cambie en respuesta a un campo magnético
aplicado. La rigidez de marcha se puede controlar de esta manera
ajustando la corriente en una bobina eléctrica dentro de un
amortiguador. Como resultado, se controla fácilmente la rigidez de
un sistema de suspensión.
La resistencia adhesiva de las composiciones
magneto-reológicas en la presencia de campo
magnético depende, en parte, de la resistencia del campo magnético
aplicado al fluido y del tamaño de las partículas magnéticas. Las
composiciones magneto-reológicas que tienen
partículas magnéticas grandes muestran una resistencia elástica
mayor y una capacidad de adhesión mayor.
Desafortunadamente, las composiciones
magneto-reológicas adolecen con frecuencia de
inconsistencia de actuación debido a la gran diferencia entre la
gravedad específica de las partículas magnéticas y la del fluido de
soporte. Como resultado, las partículas de tamaño grande tienden a
depositarse fuera de la suspensión. Por ejemplo, la patente U. S.
Nº 5.645.752 enseña un fluido magneto- reológico que tiene una red
tixotrópica para estabilizar las partículas y prevenir la
deposición. Las composiciones magneto-reológicas que
tienen partículas magnéticas de tamaño más pequeño no se depositan
fácilmente fuera de una suspensión, sino que muestran resistencia
elástica más baja y capacidad de adhesión más baja, al mismo tiempo
que tienen también una tendencia a "formar torta" más
fácilmente, afectando de esta manera a la fluidez de la
composición.
Las composiciones
magneto-reológicas convencionales adolecen también
de degradación de la actuación sobre el tiempo debido, en parte, a
oxidación de las partículas magnéticas, especialmente en
aplicaciones a altas temperaturas. Por lo tanto, los fabricantes
buscan continuamente composiciones
magneto-reológicas que resisten la degradación de
la actuación y mantienen alta resistencia elástica y alta
resistencia adhesiva. Por lo tanto, se desean composiciones que
cumplen estos requerimientos.
Las suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgicos de la presente invención incluyen partículas de polvos
magnéticos que tienen una capa de óxido exterior, y un fluido de
soporte. La potencia magnética está suspendida en el fluido de
soporte. Los polvos magnéticos incluyen polvos basados en metal,
tales como por ejemplo polvos de hierro prealeado con otros
elementos. Los materiales de aleación incluyen molibdeno,
manganeso, magnesio, cromo, silicio, cobre, níquel, oro, vanadio,
columbio (niobio), grafito, fósforo, aluminio, calcio, boro,
titanio, o combinaciones de los mismos. Los fluidos de soporte
incluyen aceites hidrocarburos tradicionales o líquidos a base de
silicio. La capa de óxido exterior incluye materiales de aleación
que se combinan con oxígeno.
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Los polvos magnéticos muestran tasas de
oxidación bajas sobre una amplia gama de temperaturas, tales como
por ejemplo, menor que aproximadamente 0,25%/min/m^{2} a 180
grados Celsius y menor que aproximadamente 0,40%/min/m^{2} a 230
grados Celsius, según se mide por análisis
termogravimétrico/análisis térmico diferencial.
Los artículos de la presente invención que
utilizan suspensiones de composiciones de polvos metalúrgicos
incluyen dispositivos que utilizan fluidos
magneto-reológicos, tal como por ejemplo
amortiguadores que tienen una cámara, un pistón que se mueve de
forma alternativa en la cámara, una composición metalúrgica
dispuesta en la cámara, y una fuente de magnesio conectada
operativamente a la cámara. Cuando se activa, la fuente de magnesio
produce un campo magnético que cambia la viscosidad de la
suspensión de la composición de polvos metalúrgicos. A medida que
la viscosidad de las suspensiones de la composición de polvos
metalúrgicos se incrementa, se requiere más fuerza para mover
alternativamente el pistón.
La figura 1 muestra la microestructura de un
polvo magnético ejemplar que tiene una capa de óxido exterior.
La figura 2a muestra un circuito sin un momento
dipolar que se aplica a la suspensión de la composición de polvos
metalúrgicos.
La figura 2b muestra un circuito con un momento
dipolar que se aplica a la suspensión de la composición de polvos
metalúrgicos.
La figura 3 muestra un amortiguador que
incorpora una suspensión de la composición de polvos
metalúrgicos.
La figura 4 muestra una vista de la sección
transversal, a través de la línea I, del amortiguador de la figura
3.
La figura 5 muestra otra vista de la sección
transversal, a través de la línea II, del amortiguador de la figura
3.
La figura 6 muestra un grafo que indica la tasa
de oxidación de un polvo magnético.
La presente invención se refiere a suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos, a artículos que incorporan
las mismas y a métodos de fabricación de los mismos. Las
suspensiones de composiciones de polvos metalúrgicos incluyen
partículas de polvos magnéticos que tienen una capa de óxido
exterior y un fluido de soporte. Las suspensiones de composiciones
de polvos metalúrgicos muestran propiedades
magneto-reológicas, por lo que la viscosidad de la
composición de los polvos metalúrgicos se cambia por exposición a
un campo magnético. Los polvos magnéticos que tienen una capa de
óxido exterior muestran tasas bajas de oxidación sobre un amplio
intervalo de temperatura y, por lo tanto, resisten al desgaste,
especialmente en aplicaciones que utilizan temperaturas
elevadas.
Los artículos que incorporan suspensiones de
composiciones de polvos metalúrgicos incluyen dispositivos
convencionales, tales como por ejemplo amortiguadores de
suspensiones de vehículos. Los amortiguadores incluyen una carcasa,
un cilindro, un pistón que se mueve de forma alternativa en el
cilindro, una suspensión de composición de polvo metalúrgico y una
fuente de magnetismo conectada operativamente a la cámara. Cuando
se activa, la fuente de magnetismo produce un campo magnético que
cambia la viscosidad de la suspensión de composición de polvo
metalúrgico dentro de la cámara. A medida que se incrementa la
viscosidad de la suspensión de composición de polvo metalúrgico, se
requiere más fuerza para mover alternativamente el pistón.
Cuando se utilizan aquí, las suspensiones de
composiciones de polvos metalúrgicos son composiciones que muestran
propiedades magneto-reológicas y, por lo tanto,
están sujetas a cambio en la viscosidad aparente en la presencia de
un campo magnético. Cuando se exponen a un campo magnético, las
composiciones de polvos metalúrgicos se polarizan y se pueden
pensar que están organizadas en cadenas de partículas, que están
suspendidas en un fluido de soporte. Las cadenas de partículas se
alinean para incrementar la viscosidad aparente o la resistencia al
flujo de todo el fluido. En ausencia de un campo magnético, las
partículas retornar a un estado desorganizado o estado libre, y la
viscosidad aparente, o la resistencia al flujo, de todo el material
se reduce en una medida correspondiente. Los cambios en la
viscosidad aparente de la composición se miden en milisegundos. Se
describen composiciones magneto-reológicas
convencionales, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos
Nº 5.645.752 y 2.667.237, cada una de las cuales se incorporan aquí
por referencias en su totalidad.
Las composiciones de polvos metalúrgicos
incluyen un polvo metalúrgico o una mezcla de tales polvos
metalúrgicos. Los polvos metalúrgicos son de una manera preferida
polvos basados en metal del tipo generalmente utilizado en la
industria de la metalurgia del polvo, tales como polvos basados en
hierro. Ejemplos de polvos basados en hierro, tal como se utiliza el
término aquí, son polvos de hierro substancialmente puro, polvos de
hierro pre-aleado con otros elementos (por ejemplo,
elementos de producción de acero), que mejoran la resistencia, la
dureza, las propiedades electromagnéticas, y otras propiedades
deseables del polvo final, y polvos de hierro a los que se han
añadido por difusión tales otros elementos.
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Los polvos de hierro substancialmente puros, que
se utilizan en la invención, son polvos de hierro que no contienen
más que aproximadamente 1,0% en peso, con preferencia no más que
aproximadamente 0,5% en peso, de impurezas. Ejemplos de tales
polvos de hierro de grado metalúrgico, altamente compresibles son la
serie ANCORSTEEL 100 de polvos de hierro puro, por ejemplo 1000,
1000B y 1000C, disponibles a partir de Hoeganaes Corporation,
Riverton, Nueva Jersey. Por ejemplo, el polvo de hierro ANCORSTEEL
100 tiene un perfil de criba típico de aproximadamente 22% en peso
de las partículas por debajo de un tamiz Nº 325 (serie U. S.) y
aproximadamente 10% en peso de las partículas mayores que un tamiz
Nº 100 con el resto entre estos dos tamaños (cantidades trazas
mayores que un tamiz Nº 60). El polvo ANCORSTEEL 100 tiene una
densidad aparente entre aproximadamente 2,85 y 3,00 g/cm^{3},
típicamente 2,94 g/cm^{3}. Otros polvos de hierro que se utilizan
en la invención son típicamente polvos de hierro esponjosos, tales
como polvo ANCOR MH-100 de Hoeganaes.
El polvo a base de hierro puede incorporar
opcionalmente uno o más elementos de aleación que mejoran las
propiedades magnéticas o metalúrgicas blandas de la parte metálica
final. Tales polvos a base de hierro son polvos de hierro, con
preferencia hierro substancialmente puro, que han sido
pre-aleados con uno o más elementos de este tipo.
Los polvos pre-aleados se preparan realizando una
fusión substancialmente homogénea de hierro y de los elementos
deseados de la aleación y luego atomizando la colada, por lo que
las gotitas atomizadas forman el polvo después de la
solidificación. La mezcla fundida es atomizada utilizando técnicas
de atomización convencionales, tales como, por ejemplo, atomización
con agua. En otra forma de realización, los polvos magnéticos se
preparan proporcionando un polvo a base de metal, y luego
revistiendo el polvo con un material de aleación.
Ejemplos de elementos de aleación que son
pre-aleados con polvos a base de hierro incluyen,
pero no están limitados a molibdeno, manganeso, magnesio, cromo,
silicio, cobre, níquel, oro, vanadio, columnio (niobio), grafito,
fósforo, titanio, aluminio y combinaciones de los mismos. La
cantidad del elemento o elementos de aleación incorporados depende
de las propiedades deseadas en la composición final. Los polvos de
hierro prealeados que incorporan tales elementos de aleación están
disponibles a partir de Hoeganaes Corp., como parte de su línea de
polvos
ARCONSTEEL.
ARCONSTEEL.
Con preferencia, los polvos a base de hierro
están aleados con columnio, titanio o combinaciones de ambos y al
menos otro material de aleación. Más preferentemente, los polvos a
base de hierro son aleados con columbio y al menos otro material de
aleación.
Otro ejemplo de polvos a base de hierro son
polvos a base de hierro adheridos por difusión, que son partículas
de hierro substancialmente puro, que tienen una capa o
revestimiento de uno o más de otros metales, tales como elementos
de producción de acero, difundidos en sus propiedades externas.
Tales polvos disponibles comercialmente incluyen polvo adherido por
difusión DISTALOY 4600^{a} a partir de Hoeganaes Corporation, que
contiene aproximadamente 1,8% en polvo, aproximadamente 0,55% de
molibdeno y aproximadamente 1,6% de cobre, y polvo adherido por
difusión DISTALOY 4800^{a} de Hoeganaes Corporation, que contiene
aproximadamente 4,05% de níquel, aproximadamente 0,55% de molibdeno
y aproximadamente 1,6% de cobre.
Otros polvos a base de hierro que son útiles en
la práctica de la invención son polvos ferromagnéticos. Un ejemplo
es un polvo de hierro pre-aleado con cantidades
pequeñas de fósforo.
Las partículas de hierro o de hierro
pre-aleado tienen un tamaño medio de las partículas
en peso tan pequeño como una micra o menos, hasta aproximadamente
850-1000 micras, pero generalmente las partículas
tendrán un tamaño medio de partículas en peso en el intervalo entre
10-500 micras.
Los fluidos de soporte son seleccionados por su
capacidad para resistir cambios en las propiedades del fluido
debidos a la variación de la temperatura. Los fluidos de soporte
incluyen fluidos de soporte convencionales conocidos por los
técnicos en la materia. Por ejemplo, el fluido de soporte incluye
aceites, tales como aceites de máquina o fluidos a base de silicio.
Los aceites incluyen hidrocarburos naturales y sintéticos y aceites
vegetales. Los fluidos de soporte son seleccionados también en base
a la viscosidad de la suspensión de composición de polvo
metalúrgico.
Opcionalmente, se puede añadir también un
dispersante a la suspensión de composición de polvo metalúrgico
para prevenir que los polvos a base de metal se depositen fuera de
suspensión y se aglutinen. Los dispersantes incluyen dispersantes
convencionales conocidos por los técnicos en la materia, tales como
por ejemplo sílice y carbono
fibroso.
fibroso.
Con preferencia, los polvos magnéticos incluyen
menos que 2,0% en peso de oxígeno. Más preferentemente, los polvos
magnéticos incluyen menos que 1,0% en peso de oxígeno, más
preferentemente menos que 0,6% en peso de oxígeno, incluso más
preferentemente menos que 0,4% en peso de oxígeno, y todavía más
preferentemente menor que aproximadamente 0,275% en peso. El
contenido de oxígeno se mide utilizando análisis
termogravimétrico/análisis térmico diferencial, tal como por
ejemplo utilizando un instrumento TGA/SDTA 851. El porcentaje en
peso de oxígeno, como se utiliza aquí, se refiere al porcentaje en
peso total de oxígeno del polvo magnético, incluyendo la capa de
óxido exterior.
Las suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgicos incluyen partículas a base de metal que tienen una
capa de óxido exterior. La figura 1 muestra la microestructura de
un polvo magnético ejemplar, que tiene una capa de óxido exterior.
Con referencia a la figura 1, la capa de óxido se forma durante la
atomización del polvo magnético. Los polvos magnéticos son
atomizados utilizando técnicas de atomización convencionales
conocidas por los técnicos en la materia, tales como por ejemplo,
técnicas de atomización de líquidos. Durante la atomización, se
forma una capa de óxido a medida que el oxígeno ambiente
reacciona/se combina con partículas de polvos magnéticos.
El oxígeno se combina con componentes
individuales del polvo magnético. Por ejemplo, los polvos a base de
hierro, que son prealeados con materiales de aleación, incluyen una
capa de óxido exterior que incluye hierro combinado con oxígeno, es
decir, óxido de hierro, y también materiales de aleación que se
combinan con oxígeno, por ejemplo óxido de columbio.
La capa de óxido cubre substancialmente la
superficie de las partículas de polvo magnético. Sin estar limitado
por una teórica, se cree que una capa de óxido exterior, que
incluye materiales aleados combinados con oxígeno, forma una barrera
a la oxidación siguiente, creando de esta manera una barrera pasiva
alrededor de cada partícula de polvo magnético.
La capa de óxido exterior proporciona también
propiedades magnéticas beneficiosas. La capa de óxido exterior
incrementa la resistencia, mejora la permeabilidad, la densidad
estructura, y las propiedades de pérdida del núcleo. Por ejemplo,
un polvo magnético, que tiene una densidad de 690 MPa g/cm^{3}
muestra una permeabilidad inicial de 80, una permeabilidad máxima
de 210, una fuerza coercitiva de 4,7 Oe, y una inducción a 40 Oe de
7.700. La capacidad para resistir la degradación a temperaturas
elevadas permite que los polvos magnéticos sean tratados en
caliente para liberar la tensión formada durante la compactación a
alta tensión. El tratamiento térmico para liberar la tensión reduce
al mínimo la tensión relacionada con la pérdida de histéresis, que
mejora el rendimiento magnético blando. Tales polvos son
beneficiosos para compuestos de hierro y polímeros y para
aplicaciones de núcleo de polvo de hierro. La capa de óxido exterior
no resta valor a las propiedades magnéticas blandas de los polvos
magnéticos a base
de hierro.
de hierro.
Con preferencia, la capa de óxido de hierro
tiene una porosidad baja, es decir, espacio de poros pequeños. Sin
estar limitados por ninguna teórica, se cree que limitando la
porosidad de la capa de óxido exterior se limita la oxidación del
polvo magnético.
La capa de óxido exterior tiene un espesor menor
que 700 angstroms aproximadamente. Más preferentemente, la capa de
óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 1 y
aproximadamente 500 anstroms. Todavía más preferentemente, la capa
de óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 5 y
aproximadamente 500 anstroms. Todavía más preferentemente, la capa
de óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 5 y
aproximadamente 100 anstroms. Incluso más preferentemente, la capa
de óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 20 y
aproximadamente 50 anstroms.
De una manera preferida, los polvos magnéticos
muestran una tasa de oxidación menor que aproximadamente
0,75%/min/m^{2} a 180 grados centígrados, según se mide por
análisis termogravimétrico/análisis térmico diferencial. Más
preferentemente, los polvos magnéticos muestran una tasa de
oxidación menor que aproximadamente 0,50%/min/m^{2} a 180 grados
centígrados, e incluso más preferentemente menor que
aproximadamente 0,25%/min/m^{2} a 180 grados centígrados. Con
preferencia, los polvos magnéticos muestran una tasa de oxidación
menor que aproximadamente 1,20%/min/m^{2} a 1230 grados
centígrados. Más preferentemente, los polvos magnéticos muestran
una tasa de oxidación menor que aproximadamente 0,80%/min/m^{2} a
230 grados centígrados, e incluso más preferentemente menor que
aproximadamente 0,40%/min/m^{2} a 230 grados centígrados.
En una forma de realización, las suspensiones de
composiciones de polvos metalúrgicos incluyen polvos magnéticos
compuestos entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,4% en
peso de columbio, en base al peso total de los polvos magnéticos.
Más preferentemente, las suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgicos incluyen polvos magnéticos compuestos entre
aproximadamente 0,05 y aproximadamente 0,2% en peso de columbio, e
incluso más preferentemente entre aproximadamente 0,08 y
aproximadamente 0,15% en peso, de columbio.
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos incluyen polvos magnéticos
compuestos entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,4% en
peso de columbio, en base al peso total de los polvos magnéticos,
entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,50% en peso de
silicio, y entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,20% en
peso de boro. Más preferentemente, los polvos magnéticos incluyen
entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 0,2% en peso de
columbio, entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 0,34% en
peso de silicio y entra aproximadamente 0,01 y aproximadamente
0,10% en peso de boro. Incluso más preferentemente, los polvos
magnéticos incluyen entre aproximadamente 0,08 y aproximadamente
0,15% en peso de columbio, entre aproximadamente 0,10 y
aproximadamente 0,20% en peso de silicio, y entre aproximadamente
0,03 y aproximadamente 0,05% en peso de boro.
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos se componen de polvos
magnéticos, que incluyen entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 0,10% en peso de aluminio, en base al peso total de
los polvos magnéticos. Más preferentemente, los polvos magnéticos
incluyen entre aproximadamente 0,01 y 0,05% en peso de aluminio e
incluso más preferentemente entre aproximadamente 0,01 y 0,02% en
peso de aluminio.
\newpage
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos se componen de polvos
magnéticos que incluyen entre aproximadamente 0,001 y
aproximadamente 0,03% en peso de calcio, en base al peso total del
polvo magnético. Más preferentemente, los polvos magnéticos
incluyen entre aproximadamente 0,001 y 0,02% en peso de calcio e
incluso más preferentemente entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 0,015% en peso de calcio.
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos se componen de polvos
magnéticos que incluyen entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente
0,2% en peso de manganeso, en base al peso total del polvo
magnético. Más preferentemente, los polvos magnéticos incluyen
entre aproximadamente 0,25 y aproximadamente 0,1% en peso de
manganeso, e incluso más preferentemente entre aproximadamente 0,5 y
aproximadamente 0,75% en peso de aluminio y/o titanio.
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos se componen de polvos
magnéticos que están compuestos por aproximadamente 0,015% en peso
de carbono, en base al peso total del polvo magnético,
aproximadamente 0,6% en peso de oxígeno, entre aproximadamente 0,5
y aproximadamente 0,75% en peso de manganeso, entre aproximadamente
0,08 y aproximadamente 0,15% en peso de columbio, entre
aproximadamente 0,10 y aproximadamente 0,20% en peso de silicio,
aproximadamente 0,02% en peso de aluminio y aproximadamente 0,012%
en peso de calcio.
Los artículos de la presente invención incluyen
mecanismos lineales y giratorios que utilizan una suspensión de
composición de polvo metalúrgico como un material de adhesión
rígido, tal como por ejemplo en sistemas de frenos, amortiguadores
de suspensión de vehículos, y dispositivos de generación de
potencia. La utilización de suspensiones de composiciones de polvos
metalúrgico en estos dispositivos permite regular la viscosidad de
un fluido de amortiguación durante el funcionamiento aplicando un
campo magnético al fluido de amortiguación. La rigidez de marcha,
por ejemplo, se puede controlar de esta manera ajustando la
corriente en una bobina eléctrica que aplica un campo magnético a la
suspensión de composición de polvo metalúrgico dentro de un
amortiguador. Como resultado, se puede controlar fácilmente la
rigidez del sistema de suspensión. La resistencia adhesiva de la
suspensión de composición de polvo metalúrgico en presencia de
campo magnético depende, en parte, de la resistencia del campo
magnético aplicado y del tamaño de las partículas de polvo
magnético. Los mecanismos lineales y giratorios convencionales, que
utilizan fluidos magneto reológicos, se describen, por ejemplo, en
los documentos 6.382.369, 6.510.929 y 6.525.289, cada uno de los
cuales se incorporan aquí por referencia en su integridad.
Las figuras 2a y 2b muestran un circuito que
incorpora una suspensión de composición de polvo metalúrgico. La
figura 2a muestra un circuito sin un momento dipolar que se aplica
a la suspensión de composición de polvo metalúrgico. La figura 2b
muestra un circuito con un momento dipolar que se aplica a la
suspensión de composición de polvo metalúrgico. Con referencia a
las figuras 2aa y 2b, el circuito 1 muestra la actuación general de
la suspensión de composición de polvo metalúrgico. El circuito 1
incluye una suspensión de composición de polvo metalúrgico 2, un
primer electrodo 3 y un segundo electrodo 4. La suspensión de
composición de polvo metalúrgico 2 está dispuesta entre el primero y
segundo electrodos 3 y 4.
La suspensión de composición de polvo
metalúrgico 2 incluye un fluido de soporte 5 y un polvo magnético
6. Los electrodos 3 y 4 están compuestos por cualquier tipo de
material conductor.
En funcionamiento, los electrodos 3 y 4 pueden
ser activos y no activos. Cuando los electrodos 3 y 4 no son
activos, como se muestra en la figura 2a, el polvo magnético de
dispersa de una manera uniforme a través del fluido de soporte 5 de
una manera aleatoria y la suspensión de composición de polvo
metalúrgico 2 fluye libremente entre los electrodos 3 y 4. Cuando
los electrodos 3 y 4 son activos, la electricidad fluye a través
del circuito 1 y se introduce un momento dipolar en el polvo
magnético 6, provocando que las partículas se alineen en la
dirección de la carga eléctrica o campo magnético. Las partículas
alineadas 7 provocan que la suspensión de composición de polvo
metalúrgico 2 se vuelva más viscosas y se aproxime a la forma
sólida a medida que se incrementa la resistencia del campo
magnético o carga eléctrica. Cuando se retira la carga eléctrica o
campo magnético, el polvo magnético 6 retorna a su disposición
aleatoria y la suspensión de composición de polvo metalúrgico 2
retorna a su estado menos viscoso.
En otra forma de realización, las suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos se incorporan en
amortiguadores de vibraciones. La figura 3 muestra un amortiguador
que incorpora una composición de polvo metalúrgico. La figura 4
muestra una vista de la sección transversal, a través de la línea I,
del amortiguador de la figura 3. La figura 5 muestra otra vista de
la sección transversal, a través de la línea II, del amortiguador
de la figura 3. Con referencia a las figuras 3, 4 y 5, un
amortiguador de vibraciones 8 incluye una carcasa 9, un pistón 10,
un cilindro 11, una cámara de compresión 12, una cámara de
recuperación 13, y una bobina magnética 14. El cilindro 11 está
dispuesto en la carcasa 9.
El pistón 10 incluye un vástago de pistón 15,
una pluralidad de orificios de entrada 16, y una pluralidad de
orificios de salida 18 a través del centro del vástago de pistón
15, y un conducto magnetizable 19. El pistón 10 está montado para
movimiento de alternativo en el cilindro 11 y divide el cilindro 11
en una cámara de compresión 12 y una cámara de recuperación 13.
La bobina magnética 14 está dispuesta
operativamente en el pistón 10, de manera que puede aplicar un
campo magnético al fluido dispuesto en el conducto magnetizable
19.
En funcionamiento, la suspensión de composición
de polvo metalúrgico 2 está dispuesta en la cámara de compresión
12. El pistón 10 comprime la suspensión de composición de polvo
metalúrgico 2, que fluye bajo presión en el pistón 10 a través de
la pluralidad de orificios de entrada 16. La suspensión de
composición de polvo metalúrgico 2 fluye desde una pluralidad de
orificios de entrada 16 hasta el conducto magnetizable 19. Desde el
conducto magnetizable 19, la suspensión de composición de polvo
metalúrgico fluye a través del conducto central 13 hasta una
pluralidad de orificios de salida 17. La suspensión de composición
de polvo metalúrgico 2 fluye desde el pistón 10 a través de los
orificios de salida 17 hasta la cámara de recuperación 3.
La bobina magnética 14 puede ser activa o no
activa. Cuando la bobina magnética 14 es no activa, la potencia
magnética 6 es dispersada de una manera uniforme a través del
fluido de soporte 5 de una manera aleatoria y la suspensión de
composición de polvo metalúrgico 2 fluye fácilmente en el conducto
magnetizable 19. Cuando la bobina magnética 14 es activa, la
electricidad fluye a través de la bobina magnética 14 y se
introduce un momento dipolar en la suspensión de composición de
polvo metalúrgico 2, provocando que las partículas de polvo
magnético se alineen en la dirección de la carga eléctrica o campo
magnético. Las partículas de polvo magnético alineadas provocan que
la suspensión de composición de polvo metalúrgico 2 se vuelva más
viscosa y se aproxime a la forma sólida a medida que se incrementa
la resistencia del campo magnético o carga eléctrica. Cuando la
carga eléctrica o campo magnético se retira, la potencia magnética
retorna a su disposición aleatoria y la suspensión de composición
de polvo metalúrgico 2 retorna a su estado menos viscoso.
A medida que la suspensión de composición de
polvo metalúrgico 2 se vuelve más viscosa, el pistón 10 debe
aplicar más fuerza compresiva con el fin de que la suspensión de
composición de polvo metalúrgico 2 fluya a través del conducto
magnetizable 19. Por lo tanto, la cantidad de fuerza absorbida por
el amortiguador es regulada controlando la resistencia del campo
magnético aplicado a la suspensión de composición de polvo
metalúrgico 2 en el conducto magnetizable 19.
Los técnicos en la materia apreciarán que se
pueden realizar numerosos cambios y modificaciones en las formas de
realización preferidas de la invención y que tales cambios y
modificaciones se pueden realizar sin apartarse del espíritu de la
invención. Los ejemplos siguientes describen, además, suspensiones
de composiciones de polvos metalúrgicos.
Los ejemplos siguientes, que no están destinados
a limitar la invención, presentan ciertas formas de realización y
ventajas de la presente invención. Si no se indica otra cosa, todos
los porcentajes son sobre un a base en peso.
Se realizaron ensayos para comparar la oxidación
de un polvo magnético y un polvo de carbonilo de referencia. Se
hizo pasar aire sobre un polvo magnético y un polvo de carbonilo de
referencia a varias temperaturas desde temperatura ambiente hasta
cerca de la temperatura del punto de fusión. La capacidad de cada
muestra para oxidarse se midió utilizando un instrumento TGA/SDTA
85l e con aire como el gas de purga. No se tomaron precauciones
para retirar la humedad del gas de purga.
El peso de la muestra se registró sobre el
tiempo. Todo incremento en el peso fue atribuido a oxidación de la
muestra, es decir, degradación. Cada experimento incrementó la
temperatura en 30ºC por minuto. Cada experimento utilizó un crisol
de platino para retener el polvo de muestra.
La Composición de Referencia estaba compuesta
por un polvo ferroso de carbonilo compuesto por más que el 99,5% de
hierro, menos que el 0,05% de carbono, menos que el 0,3% de
oxígeno, menos que el 0,01% de nitrógeno. La composición de
referencia tenía una densidad aparente de 4,0 g/cm^{3} y una
distribución del tamaño de las partículas de
- d10
- 3 micrómetros
- d50
- 5 micrómetros
- d90
- 10 micrómetros
La Composición de Ensayo estaba compuesta por
una composición de polvo metalúrgico de 0,015% en peso de carbono,
0,009% en peso de azufre, 0,77% en peso de oxígeno, 0,0086% en peso
de nitrógeno, 0,008% en peso de fósforo, 0,16% en peso de silicio,
0,34% en peso de boro, 0,70% en peso de manganeso, 0,02% en peso de
cobre, 0,02% en peso de níquel, 0,02% en peso de molibdeno, 0,12% en
peso de columbio, y el resto un polvo a base de hierro. Las
partículas de la Composición de Ensayo fueron revestidas con una
capa de óxido durante la atomización.
La figura 6 muestra un grafo que indica la tasa
de oxidación de un polvo magnético. Con referencia a la figura 6,
en la Tabla 1 siguiente se muestra el incremento en el porcentaje
en peso de oxígeno a varias temperaturas.
Como se muestra en la Tabla 1, la Composición de
Ensayo muestra menos ganancia en peso en comparación con la
Composición de Referencia y, por lo tanto, una mayor resistencia a
oxidación. La composición de polvo metalúrgico experimentó un 13,6%
menos de oxidación que el polvo de carbonilo.
Claims (19)
1. Una suspensión de composición de polvo
metalúrgico, que comprende:
un fluido de soporte y
un polvo magnético prealeado, que comprende:
- entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,4% en peso de columbio, en base al peso total del polvo magnético prealeado, y
- una capa de óxido exterior,
caracterizada porque el polvo magnético
prealeado está suspendido en el fluido de soporte.
2. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado es un polvo a base de hierro.
3. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado comprende, además, molibdeno, manganeso,
magnesio, cromo, silicio, cobre, níquel, oro, vanadio, grafito,
fósforo, aluminio, calcio, boro, titanio o combinaciones de
ellos.
4. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado comprende, además, silicio, calcio,
magnesio, carbono, boro, aluminio, titanio, o combinaciones de
ellos.
5. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado comprende entre aproximadamente 0,05 y
aproximadamente 0,2% en peso de columbio, en base al peso total del
polvo magnético prealeado.
6. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado comprende entre aproximadamente 0,08 y
aproximadamente 0,15% en peso de columbio, en base al peso total
del polvo magnético prealeado.
7. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque la
capa de óxido exterior comprende entre aproximadamente 0,015% en
peso de carbono, en base al peso total del polvo magnético,
aproximadamente 0,6% en peso de oxígeno, entre aproximadamente 0,5 y
aproximadamente 0,75% en peso de manganeso, entre aproximadamente
0,08 y aproximadamente 0,15% en peso de columbio, entre
aproximadamente 0,10 y aproximadamente 0,20% en peso de silicio,
aproximadamente 0,02% en peso de aluminio y aproximadamente 0,012%
en peso de calcio.
8. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque
comprende, además, menos que aproximadamente 1,0% en peso de
oxígeno, en base al peso total del polvo magnético prealeado.
9. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque
comprende, además, menos que aproximadamente 0,6% en peso de
oxígeno, en base al peso total del polvo magnético prealeado.
10. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado tiene una tasa de oxidación menor que
aproximadamente 0,25%/min/m^{2} a 180 grados centígrados.
11. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado tiene una tasa de oxidación menor que
aproximadamente 0,40%/min/m^{2} a 230 grados centígrados.
12. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque la
capa de óxido exterior se forma durante la atomización del polvo
magnético prealeado.
13. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque la
capa de óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 5 y
aproximadamente 500 angstroms.
14. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 1, caracterizada porque la
capa de óxido exterior tiene un espesor entre aproximadamente 5 y
aproximadamente 100 ansgtroms.
15. Una suspensión de composición de polvo
metalúrgico, caracterizada porque comprende:
un fluido de soporte y
un polvo magnético prealeado, que comprende:
- entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 0,75% en peso de titanio, en base al peso total del polvo magnético prealeado, y
- una capa de óxido exterior,
caracterizada porque el polvo magnético
prealeado está suspendido en el fluido de soporte.
16. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 15, caracterizada porque el
polvo magnético prealeado comprende, además, molibdeno, manganeso,
magnesio, cromo, silicio, cobre, níquel, oro, vanadio, grafito,
fósforo, aluminio, calcio, boro, titanio o combinaciones de
ellos.
17. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 15, caracterizada porque
comprende, además, menos que aproximadamente 2,0% en peso de
oxígeno, en base al peso total del polvo magnético prealeado.
18. La suspensión de composición de polvo
metalúrgico de la reivindicación 15, caracterizada porque la
capa de óxido exterior tiene un espesor menor que 700
angstroms.
19. Un dispositivo
magneto-reológico, que comprende:
una cámara,
un pistón dispuesto móvil alternativo dentro de
la cámara,
una suspensión de composición de polvo
metalúrgico dispuesta dentro de la cámara, comprendiendo la
suspensión de composición de polvo metalúrgico:
un polvo magnético prealeado, que comprende:
entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente
0,4% en peso de columbio, en base al peso total del polvo magnético
prealeado, y
una capa de óxido exterior; y
un fluido de soporte;
en el que el polvo magnético prealeado está
suspendido en el fluido de soporte, y
una fuente de magnetismo conectada
operativamente al pistón,
en el que la viscosidad aparente de la
suspensión de composición de polvo metalúrgico está regulada por un
campo magnético generado por la fuente de magnetismo.
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