ES2324936T3

ES2324936T3 - Procedimiento para la produccion de piezas componentes metalicas y/o ceramicas, cercanas a los contornos finales deseados.

Info

Publication number: ES2324936T3
Application number: ES03753315T
Authority: ES
Inventors: Heinz Nelles; Martin Bram; Hans Peter Buchkremer; Detlev Stover
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: CA2502192C; PT1625101E; EP1625101B1; CA2502192A1; ATE428674T1; EP1625101A1; WO2004039748A1; JP2006503188A; DE10248888A1; US7351371B2; DE10248888B4; AU2003271541A1; DE50311434D1; AU2003271541B2; US20060239851A1; DK1625101T3

Abstract

Procedimiento para la producción de piezas componentes metálicas y/o cerámicas, porosas, cercanas a los contornos finales deseados, con una porosidad abierta de por lo menos 10%, con las etapas de: a) a partir de un polvo metálico y/o cerámico, de un agente aglutinante de 2 componentes, que comprende un primer componente que proporciona fluidez y un segundo componente que proporciona estabilidad, y de por lo menos un material para reserva de sitio, se produce una masa de moldeo por inyección, b) mediante un proceso de inyección la masa de moldeo por inyección, así formada, se introduce a unas temperaturas comprendidas entre 30 y 50ºC dentro de un molde de la pieza componente que se ha producir, c) la pieza componente (pieza en bruto) enfriada se somete a la acción de un material activo capilarmente y se desaglutina previamente, siendo eliminado por lo menos parcialmente el primer componente, que proporciona fluidez, del agente aglutinante, y siendo producida una porosidad abierta en la pieza componente, d) a continuación, el material para reserva de sitio se elimina mediante un líquido, por lo menos parcialmente, a partir de la pieza componente, e) después de esto la pieza componente se somete a un proceso de desaglutinación térmica, en el cual se elimina el segundo componente, que proporciona estabilidad, del agente aglutinante, f) la pieza componente se sinteriza a continuación.

Description

Procedimiento para la producción de piezas componentes metálicas y/o cerámicas, cercanas a los contornos finales deseados.

El invento se refiere a un procedimiento para la producción de piezas componentes cercanas a los contornos finales deseados, en particular de piezas componentes a base de polvos metálicos y/o cerámicos, siendo aplicada la técnica del moldeo por inyección de polvos (PIM).

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Estado de la técnica A) Procedimiento para la producción, cercana a los contornos finales deseados, de piezas componentes metálicas

El moldeo por inyección de metales (acrónimo MIM = metal powder injection moulding, también denominado inyección de polvos metálicos), es conocido como un procedimiento para la producción a gran escala de piezas componentes metálicas, en particular para la producción cercana a los contornos finales deseados (NNS = acrónimo de near net shape) de tales piezas componentes. El procedimiento MIM permite producir de manera barata y automática piezas conformadas de un modo complejo desde pequeñas hasta de tamaño mediano en altos números de unidades producidas. El procedimiento MIM proporciona unas piezas componentes con una densidad de 95 - 98% de la densidad teórica, y mediante un posterior prensado isostático en caliente de los cuerpos (sin el material de encapsulación) se puede conseguir una densidad de 100%.

El procedimiento comprende la plastificación de polvos metálicos con una morfología esférica o respectivamente irregular (con unos tamaños de partículas del polvo de 5 - 300 \mum) mediante un sistema de agente aglutinante para dar un denominado material de alimentación (en inglés feedstock). La misión del tratamiento es el revestimiento de todas las partículas de polvos con el agente aglutinante orgánico. La homogeneización del material de alimentación se efectúa en un amasador. Después de esto el material de alimentación es cargado dentro de la máquina de moldeo por inyección. En una zona calentada se funden algunas partes del sistema de agente aglutinante (p.ej. unas apropiadas ceras). Un tornillo sinfín transporta la masa termoplástica hasta la herramienta de moldeo divisible. Después de haberse terminado el llenado del molde, la fase líquida se solidifica de nuevo y hace posible sacar la pieza componente desde el molde. La eliminación del sistema de agente aglutinante se efectúa mediante una etapa de desaglutinación, conectada delante de la sinterización. Según sea el sistema de agente aglutinante, en tal caso, las sustancias aditivas se eliminan de nuevo desde la pieza componente de diferentes maneras. Un tal desaglutinación previa y sus ventajas se conocen a partir del documento de patente de los EE.UU. US 5.613.183.

Se establece diferencia entre procedimientos térmicos de desaglutinación (extracción por fusión o descomposición pasando por la fase gaseosa), extracción del disolvente así como desaglutinación catalítica. A continuación, se efectúa el proceso de sinterización, en el cual a través de unos procesos de difusión se consigue una densificación de la pieza componente hasta llegar a un 98% de la densidad teórica. A causa del alto contenido del agente aglutinante aparecen al sinterizar grandes contracciones (de 15 - 20%). El control del comportamiento de contracción es uno de los requisitos esenciales en el caso de la producción de piezas componentes de manera cercana a los contornos finales.

Típicos materiales apropiados para el componente metálico al moldear por inyección polvos metálicos son un acero inoxidable, un acero al carbono, un acero para herramientas o un acero para aleaciones, pero también una ferrita, carburo de wolframio y mezclas a base de cobre y bronce, de cobalto y cromo o también de wolframio y cobre.

B) Procedimiento para la producción de piezas componentes cerámicas, cercanas a los contornos finales deseados

El antes mencionado procedimiento del moldeo por inyección de metales (MIM = metal powder injection moulding), ha sido modificado entretanto también para la producción de piezas componentes cerámicas. El denominado moldeo por inyección de polvos (PIM = powder injection moulding), permite también la producción de piezas componentes cerámicas (CIM = ceramic injection moulding). En el caso de la producción de una correspondiente masa de moldeo por colada de polvos, se homogeneiza un polvo cerámico con un agente aglutinante orgánico. El proceso de moldeo por inyección y la sinterización se llevan a cabo en lo esencial de una manera análoga a la del moldeo por inyección de metales, pero se deben tomar en consideración las propiedades específicas de los polvos cerámicos (p.ej. menores tamaños de granos del polvo de partida).

C) Producción de piezas componentes metálicas porosas

El prensado de polvos metálicos para la producción de cuerpos metálicos porosos es conocido asimismo a partir de la bibliografía. Para la producción de la deseada porosidad, se pueden añadir a los polvos metálicos en tales casos los denominados materiales para reserva de sitio, los cuales hacen posible ajustar la deseada porosidad. Después de haber prensado cuerpos en bruto (en verde) a partir de la mezcla de polvos, el material para reserva de sitio se ha eliminar luego a partir de los cuerpos en bruto de tal manera que un cuerpo en bruto a solas sea retenido todavía por el armazón del polvo metálico remanente, que entre su estructura de armazón tiene espacios huecos. El cuerpo en bruto ya tiene por consiguiente la posterior estructura porosa del cuerpo moldeado. Al expulsar el material para reserva de sitio hay que tener cuidado de que el armazón del polvo metálico se conserve. Mediante una subsiguiente sinterización del cuerpo en bruto resulta un cuerpo moldeado altamente poroso, siendo unidas por difusión las superficies de contacto en las partículas de polvos al sinterizar.

Como materiales para reserva de sitio para la formación de cuerpos moldeados metálicos porosos se conocen, por una parte, unos compuestos orgánicos que funden a una temperatura relativamente alta, los cuales se eliminan a partir de los cuerpos en bruto por evaporación o pirólisis (craqueo) y disolución de los productos de craqueo resultantes mediante disolventes apropiados. Plantean problemas en este contexto el considerable consumo de tiempo al realizar la eliminación del material para reserva de sitio, así como los productos del craqueo, que reaccionan con casi todos los metales que se han de elaborar por vía pulvimetalúrgica, tales como Ti, Al, Fe, Cr, Ni, etc., y que dejan tras de sí altas concentraciones de impurezas. Repercute de una manera desventajosa, también en el caso de la utilización de materiales termoplásticos, que son eliminados por calentamiento del cuerpo en bruto, la expansión junto al punto de transición vítrea, de esta manera se perjudica la necesaria estabilidad del cuerpo en bruto.

Por otra parte, como materiales para reserva de sitio se utilizan también compuestos inorgánicos de alto punto de fusión, tales como sales de metales alcalinos y metales de bajo punto de fusión tales como Mg, Sn, Pb, etc. Tales materiales para reserva de sitio se eliminan desde los cuerpos en bruto en vacío o bajo un gas protector, a unas temperaturas comprendidas entre aproximadamente 600 y 1.000ºC mediando un alto consumo de energía y de tiempo. No se pueden evitar, en los casos de estos materiales para reserva de sitio, unas impurezas que permanecen en el cuerpo en bruto, las cuales son perjudiciales, en particular en el caso de cuerpos moldeados procedentes de polvos metálicos reactivos, tales como los de Ti, Al, Fe, Cr y Ni.

En el caso de sales de metales alcalinos existe en principio, como otra posibilidad adicional para la eliminación, la extracción por disolución mediante disolventes apropiados (p.ej. agua). Este procedimiento, sin embargo, es inapropiado para mezclas prensadas de polvos metálicos y sales de metales alcalinos, puesto que se pierde totalmente la estabilidad de forma de los cuerpos prensados en el caso de este proceso.

A partir del documento de patente japonesa JP 59-083972 se divulga un procedimiento para la producción de piezas componentes cerámicas porosas. En este caso, un polvo cerámico, un agente aglutinante, un disolvente soluble en agua y un granulado como material para reserva de sitio, se mezclan y se introducen en un molde. El disolvente y el material para reserva de sitio se eliminan mediante una extracción con agua. La masa así obtenida se sinteriza a continuación y se puede emplear como material de filtro para gases de escape en vehículos automóviles.

A partir del documento de patente alemana DE 196 38 927 C2 se conoce un procedimiento para la producción de cuerpos moldeados metálicos altamente porosos, en el que, en primer lugar, se mezclan polvos metálicos y un material para reserva de sitio, y a continuación se prensan para dar una pieza moldeada en bruto. En este caso pueden pasar a utilizarse tanto el prensado uniaxial como también el prensado isostático. El material para reserva de sitio se expulsa térmicamente y a continuación el cuerpo en bruto se sinteriza. Si la mezcla de polvos y del material para reserva de sitio se estabiliza mediante un agente aglutinante, en principio es posible realizar, directamente mediante el prensado multiaxial, también unas geometrías relativamente más complicadas de las piezas componentes. La fabricación de una apropiada herramienta de prensado es sin embargo costosa y cara. Especialmente para pequeñas series es, por lo tanto, ventajoso producir en primer término unas piezas semiterminadas con una geometría universal (p.ej. la de cilindros o planchas) y llevar a éstas mediante un subsiguiente tratamiento mecánico hasta el contorno final deseado.

De modo acrecentado existe la necesidad de poner a disposición piezas componentes altamente porosas también en grandes números de unidades producidas, que encuentran su utilización en la técnica médica, en la navegación aeronáutica y astronáutica o también en la técnica de filtración. Las piezas componentes porosas se producen hoy en día p.ej. por espumación de aluminio o por una tecnología de polvos mediante el empleo de apropiados materiales para reserva de sitio. Estos procedimientos permiten solamente de una manera condicionada una producción cercana a los contornos finales, en particular de geometrías complicadas, en grandes números de unidades producidas.

Problema y solución

El invento se basa en el problema de poner a disposición un procedimiento para la producción de piezas componentes metálicas y/o cerámicas, cercanas a los contornos finales deseados, en el cual se puedan producir unas piezas componentes altamente porosas, que tengan una porosidad abierta de más de 10% en volumen, en particular de más de 50% en volumen. El problema se resuelve mediante un procedimiento con la totalidad de las características de la reivindicación principal. Unas formas ventajosas de realización del procedimiento se encuentran en las reivindicaciones secundarias que dependen de ella.

Objeto del invento

El presente invento se ocupa de la producción de piezas componentes complejas, altamente porosas y cercanas a los contornos finales, en el que pase a emplearse el denominado moldeo por inyección de polvos (de Powder Injection Moulding PIM). Las porosidades, que hasta ahora no eran posibles en el caso de este procedimiento, se ajustan conforme al invento mediante utilización de apropiados materiales para reserva de sitio. En el caso del conocido moldeo por inyección de polvos (PIM), que abarca el moldeo por inyección de metales (MIM) y el moldeo por inyección de materiales cerámicos (PIM), se pueden elaborar polvos tanto metálicos como también cerámicos. Sobre todo en el caso de polvos metálicos, existe la necesidad de pequeñas impurezas residuales después de la realización del proceso.

A continuación se describen las etapas de procedimiento individuales del procedimiento de producción conforme al invento y se da un ejemplo de aplicación.

Polvos de partida

El procedimiento antes mencionado es apropiado para la elaboración de polvos metálicos así como también de polvos cerámicos. Los tamaños de partículas de los polvos de partida pueden estar situados en la región hasta de como máximo 300 \mum. Para el moldeo de estructuras finas y para el ajuste de un alto grado de sinterización entre las partículas de polvos se han de preferir sin embargo unas fracciones de polvos más finas (< 50 \mum). Unos apropiados materiales metálicos son por ejemplo un acero inoxidable, un acero de carbono, un acero para herramientas o un acero para aleaciones, así como una ferrita, carburo de wolframio, mezclas de cobre y bronce, de cobalto o cromo o también de wolframio y cobre.

Como complemento de esto, se emplearon, para la investigación del potencial del procedimiento, como materiales de partida en particular titanio, TiAl_{6}V_{4}, una aleación de níquel y titanio (NiTi) así como un acero inoxidable (p. ej. el 316L). Estos materiales poseen una alta afinidad para los elementos oxígeno, carbono y nitrógeno así como para los halógenos y proporcionan de esta manera una indicación acerca de las impurezas que se pueden esperar en la pieza componente sinterizada.

Los materiales para reserva de sitio que se han de emplear deberían cumplir en particular los siguientes criterios:

\sqbullet: Han de tener unos tamaños de granos de 20 bis 2.000 \mum

\sqbullet: No han de poseer ninguna toxicidad

\sqbullet: Han de presentar una clase de exposición al agua de 0 hasta como máximo 1

\sqbullet: Han de ser bien solubles en agua (premisa para la eliminación de los materiales para reserva de sitio)

\sqbullet: No han de presentar ninguna descomposición hasta como máximo a 800ºC

\sqbullet: Han de ser de precio barato.

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Dentro del marco del invento se descubrió que, en particular, los compuestos NaCl, KCl, K_{2}CO_{3} y Na_{2}CO_{3} cumplen estas condiciones y conducen al éxito deseado. Estos materiales para reserva de sitio cumplen su función especialmente bien en la combinación con el material de alimentación para MIM, puesto que los componentes del material de alimentación por sí solos ya aseguran la estabilidad de las piezas componentes. Sin embargo, hay que tener cuidado de que los componentes del material de alimentación no sean disueltos incipientemente por el disolvente utilizado. Con el fin de asegurar unas propiedades reproducibles en la posterior pieza componente, una condición previa fundamental es una caracterización inicial de los polvos de partida empleados (distribución de tamaños de granos, calidad y comportamiento superficial, análisis químico de las impurezas, densidad aparente y densidad de golpeo).

Producción de la masa de moldeo por inyección

El polvo metálico es plastificado y homogeneizado junto con el material para reserva de sitio, mediando adición de un agente aglutinante, en un amasador previamente calentado a 110ºC. El agente aglutinante se compone de dos componentes, un componente plastificante (una cera de amida) y un componente que proporciona estabilidad a la pieza en bruto (una poliolefina).

Moldeo por inyección conformador

La masa homogeneizada y desmenuzada para el moldeo por inyección, que se compone de un polvo metálico, de un material para reserva de sitio y de un agente aglutinante, se plastifica en una máquina de moldeo por inyección a 110ºC hasta 120ºC y se inyecta en un molde previamente atemperado a aproximadamente 30 - 50ºC, en particular a aproximadamente 40ºC. En tal caso han que adaptarse entre sí las presiones y las temperaturas de tal manera que no se llegue a ninguna separación ni a ninguna distribución heterogénea del material para reserva de sitio.

Desaglutinación previa capilarmente activa de las piezas componentes (piezas en bruto)

La desaglutinación previa conduce a una porosidad abierta en la pieza en bruto que hace posible, en la siguiente etapa del procedimiento, la entrada de un disolvente en las partículas del material para reserva de sitio. Según sea el tamaño de partículas de los polvos de partida, la desaglutinación previa se efectúa en una o dos etapas. Si el tamaño de las partículas está situado en el intervalo de 20 a 500 \mum, es suficiente una desaglutinación en una sola etapa, con el fin de conseguir la porosidad necesaria. Para esto, las piezas en bruto se colocan sobre un material activo capilarmente (carga a granel de polvos de Al_{2}O_{3}) y se colocan a 700 mbar absolutos en un armario de desecación en vacío previamente calentado a 130ºC. Después de esto el armario de desecación se calienta a 185ºC en el transcurso de 2 h. En este caso se elimina aproximadamente un 50% en peso del componente que proporciona fluidez (una cera de amida). La desaglutinación activa capilarmente se designa también como "difusión por efecto de mecha = en inglés wicking". Si el tamaño de partículas de los polvos de partida está situado por debajo de 20 \mum, a continuación de la desaglutinación previa activa capilarmente se debería de llevar a cabo adicionalmente una desaglutinación previa térmica. Para esto, las piezas componentes, obtenidas después de la desaglutinación previa activa capilarmente, se calientan desde 20ºC hasta 270ºC en un horno a 20 mbar y con una corriente de argón de 10 l/min. La velocidad de calentamiento es de aproximadamente 5 K/min. Directamente a continuación se enfría.

Eliminación del material para reserva de sitio

Después de la desaglutinación previa, las piezas en bruto poseen una porosidad abierta suficiente, como para extraer el material para reserva de sitio en la siguiente etapa, por lo menos parcialmente, con ayuda de un líquido, de manera preferida en un baño de agua. Para esto las piezas en bruto estables, previamente desaglutinadas, se colocan por ejemplo en un baño de agua previamente atemperado a 40ºC hasta 80ºC, el cual es provisto de un caudal continuo de paso de agua y de un dispositivo de agitación. Con ayuda de unas mediciones de la conductividad se ensaya, durante la extracción por disolución del material para reserva de sitio, la concentración de iones del baño de agua. Si ya no se pueden detectar iones de ningún tipo, entonces el material para reserva de sitio ha sido eliminado casi totalmente. Este proceso dura, por ejemplo para una pieza componente a base de titanio con una porosidad de 70% en volumen y con un volumen total de 10 cm^{3}, aproximadamente 3,5 horas.

Como líquidos asimismo apropiados se pueden emplear todos los líquidos, en los cuales se disuelve el material para reserva de sitio, y que por sí mismos no pasan a tomar parte regularmente en ninguna reacción química con el material de la pieza en bruto.

Desaglutinación residual de las piezas componentes exentas del material para reserva de sitio

La eliminación de los residuos todavía remanentes del agente aglutinante (en lo esencial el componente, que proporciona estabilidad, poliolefina) se lleva a cabo de nuevo térmicamente. Para esto, las piezas componentes se calientan por ejemplo en un horno a una presión de 20 mbar y en una corriente de argón de 10 cm/min con una velocidad de calentamiento de 4 K/min desde la temperatura ambiente hasta 480ºC, directamente después de esto se enfrían de nuevo y se aportan a la sinterización.

Sinterización de las muestras exentas del material para reserva de sitio y desaglutinadas

Dependiendo del material, las piezas componentes se colocan sobre unos apropiados substratos de sinterización y se sinterizan a unas temperaturas de 800 a 2.400ºC en atmósferas apropiadas (vacío, argón, mezclas de argón e hidrógeno, otras). En este caso también las velocidades de calentamiento y los períodos de tiempo de mantenimiento son específicas/os para un determinado material.

El procedimiento, modificado conforme al invento, del moldeo por inyección de polvos, es apropiado ventajosamente para la producción de piezas componentes altamente porosas, cercanas a los contornos finales deseados, a partir de polvos de partida metálicos y cerámicos. De esta manera se pueden realizar unas geometrías complejas en principio en grandes números de unidades producidas. Los materiales para reserva de sitio (NaCl, KCl, K_{2}CO_{3}, Na_{2}CO_{3}) utilizados no son tóxicos. Ellos se pueden eliminar de nuevo desde las piezas componentes con rapidez y casi sin dejar residuos mediando un gasto muy pequeño (para la extracción por disolución en un baño de agua). Puesto que la estabilidad de las piezas componentes está garantizada mediante el agente aglutinante, las piezas componentes conservan su forma cercana a los contornos finales deseados al realizar la eliminación del material para reserva de sitio. Los materiales para reserva de sitio son baratos y, en el caso de que sea necesario, se pueden recuperar a partir de sus soluciones.

Con los materiales para reserva de sitio se pueden ajustar deliberadamente unos tamaños de poros situados en el intervalo de 20 \mum a 2 mm así como unas porosidades de 10 a 85% en volumen, en particular de más que 30% en volumen o de más que 50% en volumen. La distribución de los poros es muy homogénea, puesto que el material de alimentación, a causa de su viscosidad, tiene una buena calidad de mezcladura. La duración de todo el transcurso del procedimiento es determinada esencialmente por la desaglutinación y la eliminación del material para reserva de sitio. A partir de la desaglutinación previa activa capilarmente e incluso mediando el gasto adicional de la desaglutinación previa térmica (para polvos metálicos y cerámicos < 20 \mum) el período de tiempo total no es de más que 14 a 20 horas. Están contenidos en este dato la eliminación del material para reserva de sitio, la desaglutinación residual y la sinterización, incluyendo a las fases de calentamiento y enfriamiento y a los períodos de tiempo de retención. A partir de esto se establece un procedimiento barato y que se puede llevar a cabo con un gasto moderado, siempre y cuando que estén planeados unos números desde medianos a grandes de unidades producidas.

Parte especial de la memoria descriptiva

Seguidamente el objeto del invento es explicado con mayor detalle con ayuda de un ejemplo de la realización, sin que el objeto del invento esté limitado por esto.

Como ejemplo se describe el transcurso del procedimiento para la producción de una concreta pieza componente altamente porosa (cilindro con un diámetro de 25 mm, y una altura de 30 mm en el estado en bruto) a partir del acero inoxidable 316L (número de material 1.4404) con una porosidad de al menos 70% en volumen y unos tamaños de poros comprendidos en el intervalo de 200 a 400 \mum. A causa del volumen del amasador presente se produce una tanda de 300 cm^{3}. Las sustancias de partida son:

\sqbullet: Un polvo metálico de acero inoxidable 316L (1.4404), densidad 7,9 g/cm^{3}, tamaño de partículas < 15 \mum

\sqbullet: Un agente aglutinante: 60% en peso de una cera de amida, denominación comercial Cera C (Wachs C), densidad 1,0 g/cm^{3}

: 40% en peso de una poliolefina, denominación comercial PE 520, densidad 0,93 g/cm^{3}

\sqbullet: Un material para reserva de sitio: NaCl, densidad 2,14 g/cm^{3}, Fracción de partículas 200 - 400 \mum mediante separación por tamizado.

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Para una tanda con 70% en volumen del material para reserva de sitio y un volumen total de 300 cm^{3} se establece la siguiente composición:

\sqbullet: 470,4 g del polvo metálico, de acero inoxidable 316L

\sqbullet: 297,3 g del material para reserva de sitio NaCl

\sqbullet: 59,1 g de la Cera C

\sqbullet: 39,4 g PE 520

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Para la producción de la masa de moldeo por inyección, primeramente el agente aglutinante se funde a 185ºC y luego se añade el polvo metálico. Después de la plastificación del polvo metálico y del agente aglutinante, se añade el material para reserva de sitio y se homogeneiza durante 2 h. La masa se saca, se desmenuza y se aporta al proceso de moldeo por inyección. Para la elaboración y la conformación de la masa de moldeo por inyección son válidos los siguientes parámetros y ajustes de las máquinas. Puesto que los ajustes dependen de la geometría de la pieza componente así como del contenido del agente aglutinante y del material para reserva de sitio, no se pueden indicar unos valores absolutos sino solamente unos intervalos.

\sqbullet: Temperatura del molde: 44ºC a 49ºC en las zonas de calentamiento de los cilindros:

\sqbullet: Zona 1 (junto a la boquilla): 144 a 148ºC

\sqbullet: Zona 2: 135ºC

\sqbullet: Zona 3 (entrada de la masa): 50ºC

\sqbullet: Presión de inyección: desde 150 hasta como máximo 500 bares

\sqbullet: Periodo de tiempo de inyección: de 3 a 6 s

\sqbullet: Corriente de inyección: de 10 a 50 cm^{3}/s

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A continuación las piezas componentes (piezas en bruto) se colocan sobre un material activo capilarmente (aglomerados de Al_{2}O_{3} con los tamaños de 600 a 800 \mum). Las muestras entran seguidamente dentro un armario de desecación en vacío previamente calentado a 130ºC. Las muestras se ponen en vacío a 700 mbar absolutos y se calientan previamente a 130ºC durante una media hora. Después de esto se aumenta la temperatura hasta 185ºC con una velocidad de aproximadamente 1 K/min, se mantiene durante 1 hora y se enfría de nuevo. Las muestras pueden ser sacadas del armario de desecación en vacío ya a una temperatura de 120ºC. Puesto que el tamaño de partículas del polvo de 316L es < 15 \mum, las muestras deben de ser adicionalmente desaglutinadas térmicamente. Para esto, las muestras se calientan a 260ºC en el horno a 20 mbar y con una corriente de argón de 5 l/min, con una velocidad de calentamiento de 4 K/min, y se enfrían de nuevo. A esto sigue el riego en un baño de agua atemperado a 50ºC mediando agitación constante (con un agitador magnético), con el fin de eliminar el material para reserva de sitio NaCl. Gravimétricamente se determinó después de 3 h la eliminación total del material para reserva de sitio a partir de la muestra. Las muestras, que ahora se componen solamente del polvo metálico, de la cera PE 520 y de muy pequeñas cantidades de la Cera C, se calientan hasta 480ºC en el horno a 20 mbar y con una corriente de argón de 5 l/min con una velocidad de calentamiento de 5 K/min, e inmediatamente se enfrían de nuevo. Gravimétricamente se pudo comprobar la eliminación total de todas las cantidades previamente calculadas del material para reserva de sitio y del agente aglutinante a partir de las muestras. Las muestras se almacenan ya al desaglutinar residualmente sobre un substrato de Al_{2}O_{3}, con el cual ellas son aportadas de luego al proceso de sinterización. Las muestras se sinterizaron a 1.000ºC durante 2 h en vacío. Después de la sinterización, se determinó una porosidad de 78% en volumen. Mediante las condiciones reductoras al sinterizar se puede comprobar incluso una disminución de los contenidos de oxígeno y nitrógeno. El esperado aumento del contenido de carbono se mantiene dentro de ciertos límites.

La figura muestra la microestructura de una pieza componente metálica altamente porosa a base de 316L, que se había sinterizado durante 2 h a 1.000ºC. Llama la atención la forma de los poros, que reproduce la estructura cristalina cúbica de los granos de NaCl como material para reserva de sitio.

Claims

1. Procedimiento para la producción de piezas componentes metálicas y/o cerámicas, porosas, cercanas a los contornos finales deseados, con una porosidad abierta de por lo menos 10%, con las etapas de:

a): a partir de un polvo metálico y/o cerámico, de un agente aglutinante de 2 componentes, que comprende un primer componente que proporciona fluidez y un segundo componente que proporciona estabilidad, y de por lo menos un material para reserva de sitio, se produce una masa de moldeo por inyección,

b): mediante un proceso de inyección la masa de moldeo por inyección, así formada, se introduce a unas temperaturas comprendidas entre 30 y 50ºC dentro de un molde de la pieza componente que se ha producir,

c): la pieza componente (pieza en bruto) enfriada se somete a la acción de un material activo capilarmente y se desaglutina previamente, siendo eliminado por lo menos parcialmente el primer componente, que proporciona fluidez, del agente aglutinante, y siendo producida una porosidad abierta en la pieza componente,

d): a continuación, el material para reserva de sitio se elimina mediante un líquido, por lo menos parcialmente, a partir de la pieza componente,

e): después de esto la pieza componente se somete a un proceso de desaglutinación térmica, en el cual se elimina el segundo componente, que proporciona estabilidad, del agente aglutinante,

f): la pieza componente se sinteriza a continuación.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que como material para reserva de sitio se emplea NaCl, KCl, K_{2}CO_{3} o Na_{2}CO_{3}.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2, en el que como polvo metálico se emplea un acero inoxidable, Ti, NiTi o una aleación de titanio.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que entre las etapas c) y d) se lleva a cabo una desaglutinación previa térmica.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la desaglutinación previa térmica se lleva a cabo a unas temperaturas hasta de 270ºC y bajo una atmósfera de un gas protector.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, en el que se emplea un polvo de partida con un tamaño de partículas de menos que 20 \mum.

7. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, en el que la desaglutinación térmica se lleva a cabo a unas temperaturas hasta de 500ºC y bajo una atmósfera de un gas protector.

8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, en el que se emplea un líquido atemperado hasta 50ºC.

9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, en el que como líquido se emplea agua, con el fin de eliminar el material para reserva de sitio.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que se emplea un baño de agua agitado, con el fin de eliminar el material para reserva de sitio.

11. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, en el que al realizar la desaglutinación térmica se emplea argón como gas protector.

12. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 11, en el que se produce una porosidad abierta de la pieza componente de por lo menos 30% en volumen, en particular de 50% en volumen.