ES2378260T3 - Process atmospheres for metal atomization - Google Patents

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ES2378260T3 ES07020458T ES07020458T ES2378260T3 ES 2378260 T3 ES2378260 T3 ES 2378260T3 ES 07020458 T ES07020458 T ES 07020458T ES 07020458 T ES07020458 T ES 07020458T ES 2378260 T3 ES2378260 T3 ES 2378260T3
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Abstract

The invention relates to a method for producing a metal powder by atomizing a molten metal by means of an atomization gas wherein said atomization gas, which is based e.g. on nitrogen, comprises a gaseous hydride, e.g. silane or borane.

Description

Atmósferas de proceso para la atomización de metales Process atmospheres for metal atomization

El invento se refiere a un método para producir un polvo metálico por atomización de un metal fundido por medio de un gas para atomización. The invention relates to a method for producing a metal powder by atomization of a molten metal by means of a gas for atomization.

La atomización de metales es un proceso para la producción de polvos metálicos finos. La materia prima es fundida y luego el metal líquido es roto a la forma de partículas finas. Esto se consigue atomizando una corriente del metal líquido mediante un agente de atomización tal como agua o un gas. El agente de atomización golpea al metal líquido con una alta velocidad, con lo cual el metal fundido es desintegrado a la forma de finas gotitas, que después de esto se solidifican. Metal atomization is a process for the production of fine metal powders. The raw material is molten and then the liquid metal is broken into the form of fine particles. This is achieved by atomizing a stream of the liquid metal by an atomizing agent such as water or a gas. The atomizing agent hits the liquid metal with a high velocity, whereby the molten metal is disintegrated into the form of fine droplets, which after this solidify.

Durante el proceso de producción las partículas metálicas finas absorben oxígeno a partir del agente de atomización, el cual puede reaccionar con elementos de aleación y puede causar problemas en la producción de un polvo metálico aleado especial. Por lo tanto, en vez de usar agua o aire comprimido como agente de atomización, ya se conoce atomizar el metal fundido con un gas inerte, por ejemplo nitrógeno o argón. During the production process the fine metal particles absorb oxygen from the atomizing agent, which can react with alloy elements and can cause problems in the production of a special alloy metal powder. Therefore, instead of using water or compressed air as an atomizing agent, it is already known to atomize the molten metal with an inert gas, for example nitrogen or argon.

El documento de patente de los EE.UU. US 4.124.377 describe un método para producir un polvo metálico, en el que el metal líquido es sometido a la acción de un agente de atomización reductor tal como un hidrocarburo. Con el fin de proteger al polvo contra la oxidación, el proceso de pulverización existente se realiza dentro de una cámara cerrada que está parcialmente llena con un líquido reductor y se encuentra bajo una presión procedente de un agente de reducción gaseoso. U.S. Patent Document US 4,124,377 describes a method for producing a metallic powder, in which the liquid metal is subjected to the action of a reducing atomizing agent such as a hydrocarbon. In order to protect the dust against oxidation, the existing spraying process is carried out in a closed chamber that is partially filled with a reducing liquid and is under a pressure from a gaseous reduction agent.

El documento de solicitud de patente alemana DE 44 12 768 A1 describe un método para la atomización de una masa fundida metálica. La masa fundida es atomizada usando una mezcla gaseosa que comprende un gas portador y un gas reactivo, por ejemplo un borano. German patent application document DE 44 12 768 A1 describes a method for atomizing a metallic melt. The melt is atomized using a gas mixture comprising a carrier gas and a reactive gas, for example a borane.

El documento US 5.147.448 describe unas técnicas para producir un polvo metálico fino, que incluye un gas para atomización. Los materiales usados para interactuar con el metal pulverizado pueden incluir por ejemplo hidruros de boro. US 5,147,448 describes techniques for producing a fine metallic powder, which includes a gas for atomization. Materials used to interact with the powdered metal may include, for example, boron hydrides.

Un objetivo del presente invento es el de proporcionar un método para la atomización de un metal, en el que la oxidación del polvo metálico producido se evita o por lo menos se reduce de una manera significativa. An object of the present invention is to provide a method for the atomization of a metal, in which the oxidation of the metal powder produced is prevented or at least significantly reduced.

Este objetivo se consigue por medio de un método de acuerdo con la reivindicación 1. This objective is achieved by means of a method according to claim 1.

Se sabe que ciertos hidruros gaseosos, tales como un silano, tienen una reactividad muy alta con sustancias o compuestos que contienen oxígeno. Por ejemplo, a la temperatura ambiente, un silano o mono silano experimenta una reacción espontánea con oxígeno, así como con aire: It is known that certain gaseous hydrides, such as a silane, have a very high reactivity with oxygen-containing substances or compounds. For example, at room temperature, a silane or mono silane undergoes a spontaneous reaction with oxygen, as well as with air:

SiH4 + O2 ----> SiO2 + 2 H2 SiH4 + 2 H2O ----> SiO2 + 4 H2 SiH4 + O2 ----> SiO2 + 2 H2 SiH4 + 2 H2O ----> SiO2 + 4 H2

Mediante la adición conforme al invento de un hidruro gaseoso al gas para atomización, cualesquiera remanentes de oxígeno o cualquier cantidad de vapor de agua presente reaccionan con el hidruro gaseoso. Por lo tanto, el contenido de oxígeno en el gas para la atomización es extremadamente reducido y se consigue un gas para atomización con un punto de rocío extremadamente bajo y una baja presión parcial de oxígeno. By the addition according to the invention of a gaseous hydride to the atomizing gas, any remaining oxygen or any amount of water vapor present reacts with the gaseous hydride. Therefore, the oxygen content in the atomization gas is extremely low and an atomization gas is achieved with an extremely low dew point and a low partial pressure of oxygen.

El invento se refiere a la atomización de un metal fundido. El término de “atomización” significa en general la desintegración del metal fundido por adición de una corriente de chorros de un agente de atomización. Puesto que el invento se relaciona con el uso de un agente de atomización gaseoso, en lo sucesivo el término “atomización” significará la desintegración de un metal fundido por medio de una corriente gaseosa a alta velocidad. The invention relates to the atomization of a molten metal. The term "atomization" generally means the disintegration of molten metal by the addition of a stream of jets from an atomizing agent. Since the invention relates to the use of a gaseous atomizing agent, hereafter the term "atomization" will mean the disintegration of a molten metal by means of a high velocity gaseous stream.

Preferiblemente, se añaden silanos o boranos al gas para atomización. Los silanos son unos compuestos químicos de silicio e hidrógeno. Los silanos más inferiores, el mono silano con la fórmula química SiH4 y el di silano con la fórmula química Si2H6, son gaseosos y por lo tanto son particularmente apropiados para el invento. Preferably, silanes or borane are added to the gas for atomization. Silanes are chemical compounds of silicon and hydrogen. The lower silanes, the mono silane with the chemical formula SiH4 and the di silane with the chemical formula Si2H6, are gaseous and therefore are particularly suitable for the invention.

Los boranos son unos compuestos químicos de boro e hidrógeno. Los dos miembros más pequeños del grupo de los boranos son mono borano o simplemente borano BH3 y di borano B2H6. Se sabe que todos estos compuestos son muy reactivos con oxígeno y con aire. Por lo tanto, estos boranos se usan también preferiblemente para reducir el contenido de oxígeno del gas para atomización. Boranos are chemical compounds of boron and hydrogen. The two smallest members of the borane group are borane monkey or simply borane BH3 and di borano B2H6. It is known that all these compounds are very reactive with oxygen and with air. Therefore, these boranos are also preferably used to reduce the oxygen content of the atomization gas.

Antes de la atomización, el metal es mantenido en el estado fundido. Durante esta etapa, existe también el riesgo de que el metal fundido sea oxidado por contacto con la atmósfera circundante. Por lo tanto, el metal fundido es sometido preferiblemente a la acción de una atmósfera de proceso particular con un bajo contenido de oxígeno. Before atomization, the metal is kept in the molten state. During this stage, there is also a risk that the molten metal will be oxidized by contact with the surrounding atmosphere. Therefore, the molten metal is preferably subjected to the action of a particular process atmosphere with a low oxygen content.

El metal fundido es luego mezclado con una corriente a alta velocidad del gas para atomización y es pulverizado con el fin de obtener finas gotitas metálicas. Se ha encontrado también que es ventajoso pulverizar los resultantes gotitas metálicas dentro de una atmósfera de enfriamiento con un contenido reducido de oxígeno. The molten metal is then mixed with a high velocity stream of the atomization gas and is sprayed in order to obtain fine metal droplets. It has also been found that it is advantageous to spray the resulting metal droplets into a cooling atmosphere with a reduced oxygen content.

Por lo tanto, de acuerdo con una forma preferida de realización del invento, el hidruro gaseoso no solamente se usa para reducir el contenido de oxígeno del gas para atomización sino que se utiliza también para reducir el contenido de oxígeno de la atmósfera de proceso y/o de la atmósfera de enfriamiento. Especialmente, se prefiere añadir un hidruro gaseoso al gas para atomización y a la atmósfera de proceso y a la atmósfera de enfriamiento. Therefore, according to a preferred embodiment of the invention, gaseous hydride is not only used to reduce the oxygen content of the atomizing gas but also is used to reduce the oxygen content of the process atmosphere and / or from the cooling atmosphere. Especially, it is preferred to add a gaseous hydride to the atomizing gas and the process atmosphere and the cooling atmosphere.

La proporción del hidruro gaseoso y reactivo, que se añade al gas para atomización, a la atmósfera de proceso y/o a la atmósfera de enfriamiento, está situada entre 0,00001 % y 2 %, de manera preferible entre 0,001 % y 0,05 %. La cantidad del hidruro es determinada basándose en uno o más de los siguientes factores: The proportion of the gaseous and reactive hydride, which is added to the gas for atomization, to the process atmosphere and / or to the cooling atmosphere, is between 0.00001% and 2%, preferably between 0.001% and 0.05 %. The amount of the hydride is determined based on one or more of the following factors:

la calidad (especialmente el contenido de oxígeno) del gas para atomización antes de la adición del hidruro, the quality (especially the oxygen content) of the atomization gas before the addition of the hydride,

la calidad (especialmente el contenido de oxígeno) de la atmósfera de proceso antes de la adición del hidruro, the quality (especially the oxygen content) of the process atmosphere before the hydride is added,

la calidad (especialmente el contenido de oxígeno) de la atmósfera de enfriamiento antes de la adición del hidruro, the quality (especially the oxygen content) of the cooling atmosphere before the hydride is added,

el nivel requerido de oxígeno y agua en el gas para atomización, the required level of oxygen and water in the atomization gas,

el nivel requerido de oxígeno y agua en la atmósfera de proceso, the required level of oxygen and water in the process atmosphere,

el nivel requerido de oxígeno y agua en la atmósfera de enfriamiento, the required level of oxygen and water in the cooling atmosphere,

el tipo de metal y de los elementos de aleación que deberán ser atomizados the type of metal and alloy elements that should be atomized

el tamaño de granos del producto de polvo metálico, The grain size of the metal powder product,

la calidad deseada del producto de polvo metálico. The desired quality of the metal powder product.

De acuerdo con el invento, es posible disminuir extremadamente el nivel de oxígeno y de humedad del gas para atomización, en la atmósfera de proceso y/o en la atmósfera de enfriamiento. Por lo tanto, es posible atomizar unos metales que no hubieran podido ser tratados de esta manera con anterioridad. Además, el invento permite producir un polvo metálico de granos muy finos, incluso si el metal comprende elementos de aleación fácilmente que se oxidan con facilidad. In accordance with the invention, it is possible to extremely reduce the level of oxygen and humidity of the atomizing gas, in the process atmosphere and / or in the cooling atmosphere. Therefore, it is possible to atomize some metals that could not have been treated in this way before. In addition, the invention allows to produce a metallic powder of very fine grains, even if the metal comprises alloy elements that are easily oxidized.

En general, el invento es útil para la atomización de todas las clases de metales. Ejemplos de metales y polvos metálicos preferidos, que se han de usar con el método del invento, son hierro, un acero de baja aleación, un acero inoxidable austenítico, un acero inoxidable ferrítico y un acero inoxidable dúplex, cobre y aleaciones de cobre, níquel y aleaciones de níquel. In general, the invention is useful for the atomization of all kinds of metals. Examples of preferred metals and metal powders, which are to be used with the method of the invention, are iron, a low alloy steel, an austenitic stainless steel, a ferritic stainless steel and a duplex stainless steel, copper and copper alloys, nickel and nickel alloys.

De acuerdo con una forma preferida de realización del invento, se añade una pequeña cantidad de un silano al gas para atomización y/o a la atmósfera de enfriamiento. La atmósfera contendrá preferiblemente nitrógeno puro con la adición de un silano. According to a preferred embodiment of the invention, a small amount of a silane is added to the gas for atomization and / or to the cooling atmosphere. The atmosphere will preferably contain pure nitrogen with the addition of a silane.

En general, el gas para atomización del invento es o bien nitrógeno puro, hidrógeno puro, argón puro o una mezcla de estos gases entremezclada con un hidruro gaseoso. Los gases o mezclas de gases que se prefieren son In general, the atomization gas of the invention is either pure nitrogen, pure hydrogen, pure argon or a mixture of these gases intermingled with a gaseous hydride. The gases or gas mixtures that are preferred are

nitrógeno puro, pure nitrogen,

una mezcla de un gas inerte e hidrógeno, a mixture of an inert gas and hydrogen,

una mezcla de nitrógeno e hidrógeno a mixture of nitrogen and hydrogen

una mezcla de argón e hidrógeno a mixture of argon and hydrogen

una mezcla de nitrógeno, argón e hidrógeno en la que a cada una de las anteriores atmósferas se le añade un hidruro gaseoso, especialmente un silano. a mixture of nitrogen, argon and hydrogen in which to each of the above atmospheres is added a gaseous hydride, especially a silane.

Lo mismo se aplica a la atmósfera de proceso y a la atmósfera de enfriamiento. Se prefiere también usar un gas inerte mezclado con un hidruro gaseoso, especialmente con un silano. Mezclas preferidas sonThe same applies to the process atmosphere and the cooling atmosphere. It is also preferred to use an inert gas mixed with a gaseous hydride, especially with a silane. Preferred mixtures are

 •
nitrógeno puro más un hidruro gaseoso,pure nitrogen plus a gaseous hydride,

 •
una mezcla de un gas inerte e hidrógeno más un hidruro gaseoso,a mixture of an inert gas and hydrogen plus a gaseous hydride,

 •
una mezcla de nitrógeno e hidrógeno más un hidruro gaseoso,a mixture of nitrogen and hydrogen plus a gaseous hydride,

 •
una mezcla de argón e hidrógeno más un hidruro gaseoso, a mixture of argon and hydrogen plus a gaseous hydride,

• una mezcla de nitrógeno, argón e hidrógeno más un hidruro gaseoso. • a mixture of nitrogen, argon and hydrogen plus a gaseous hydride.

La mezcla de nitrógeno e hidrógeno o la mezcla de argón e hidrógeno se producen preferiblemente mezclando nitrógeno puro con hidrógeno o argón puro con hidrógeno, respectivamente. The nitrogen and hydrogen mixture or the mixture of argon and hydrogen are preferably produced by mixing pure nitrogen with hydrogen or pure argon with hydrogen, respectively.

El método del invento es útil no solamente para disminuir el contenido de oxígeno y de vapor de agua del gas para atomización, de la atmósfera de proceso y/o de la atmósfera de enfriamiento. También se puede usar como un agente de reducción para reaccionar con otras impurezas presentes en el gas para atomización, de la atmósfera de proceso y/o de la atmósfera de enfriamiento, por ejemplo compuestos orgánicos. The method of the invention is useful not only to decrease the oxygen and water vapor content of the atomizing gas, the process atmosphere and / or the cooling atmosphere. It can also be used as a reducing agent to react with other impurities present in the atomizing gas, the process atmosphere and / or the cooling atmosphere, for example organic compounds.

Claims (2)

REIVINDICACIONES 1. Método para producir un polvo metálico por atomización de un metal fundido por medio de un gas para atomización, caracterizado porque dicho gas para atomización se compone de -nitrógeno y un hidruro gaseoso, o de 1. Method for producing a metallic powder by atomization of a molten metal by means of an atomization gas, characterized in that said atomization gas is composed of -nitrogen and a gaseous hydride, or 5 -argón, hidrógeno y un hidruro gaseoso, o de -un gas inerte e hidrógeno y un hidruro gaseoso, o de -una mezcla de nitrógeno, argón, hidrógeno y un hidruro gaseoso, en donde la concentración de dicho hidruro gaseoso en dicho gas para atomización está situada entre 0,00001 % y 2 %, de manera preferible entre 0,001 % y 0,1%. 5 -argon, hydrogen and a gaseous hydride, or of an inert gas and hydrogen and a gaseous hydride, or of a mixture of nitrogen, argon, hydrogen and a gaseous hydride, wherein the concentration of said gaseous hydride in said gas for atomization it is between 0.00001% and 2%, preferably between 0.001% and 0.1%.
10 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se proporciona una atmósfera de proceso por encima de dicho metal fundido y porque dicha atmósfera de proceso comprende un hidruro gaseoso. A method according to claim 1, characterized in that a process atmosphere is provided above said molten metal and that said process atmosphere comprises a gaseous hydride.
3. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque después de haber atomizado dicho metal fundido, el resultante polvo metálico es sometido a la acción de una atmósfera de enfriamiento que comprende un hidruro gaseoso. 3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that after said said molten metal has been atomized, the resulting metal powder is subjected to the action of a cooling atmosphere comprising a gaseous hydride.
15 4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque dicho gas para atomización, dicha atmósfera de proceso y/o dicha atmósfera de enfriamiento comprenden un silano o borano. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said atomizing gas, said process atmosphere and / or said cooling atmosphere comprise a silane or borane.
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