ES2535624T3 - Aparato para el moldeo de polvo con matriz y procedimiento de moldeo para obtener un producto moldeado a partir de polvo - Google Patents
Aparato para el moldeo de polvo con matriz y procedimiento de moldeo para obtener un producto moldeado a partir de polvo Download PDFInfo
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Abstract
Aparato de moldeo de polvos en matriz para moldeo de polvo, que comprende: una matriz (2) con un orificio pasante (1) para formar un lado de un producto compactado (A), estando definido 5 verticalmente el orificio pasante (1) por una superficie superior (2A) de la matriz (2); un punzón inferior (3) a ajustar en el orificio pasante (1) desde abajo; un punzón superior (4) a ajustar en el orificio pasante (1) desde arriba; y unos medios de aplicación de lubricante para aplicar un lubricante (L) al orificio pasante (1), permitiendo dichos medios de aplicación de lubricante que se aplique el lubricante (L) al orificio pasante (1) antes de llenar desde arriba el orificio pasante (1) con un polvo (M) en crudo, estando ajustado el punzón inferior (3) de manera que se permite que el punzón superior (4) se ajuste en el orificio pasante (1) después del llenado del polvo (M) en crudo, caracterizado porque dicha superficie superior (2A) es una superficie tratada para hacerla hidrófoba, estando formada la superficie superior con una capa (21) de tratamiento superficial que tiene una capacidad mejorada de repulsión de líquido en la superficie superior (2A), de manera que la capa (21) de tratamiento superficial tiene un ángulo (Y') de contacto con el lubricante (L) mayor que el ángulo (X') de contacto de la superficie (2A) fabricada del material de la propia matriz (2) con el lubricante (L); y porque dicho lubricante (L) es un líquido de dispersión o bien una solución producida dispersando o disolviendo lubricante en agua.
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato para el moldeo de polvo con matriz y procedimiento de moldeo para obtener un producto moldeado a partir de polvo
5
Sector técnico de la invención
La presente invención se refiere a un aparato de moldeo de polvos en matriz y a un procedimiento de moldeo para obtener un producto de polvo moldeado.
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Descripción de la técnica relacionada
Un producto compactado en crudo, que se utiliza para la fabricación de productos sinterizados, se forma prensando en un molde polvos en crudo tales como polvos basados en Fe, polvos basados en Cu o similares, y formando a continuación un producto sinterizado mediante un proceso de sinterización. En el proceso de moldeo, el producto 15 compactado experimenta un proceso de moldeo por compresión, utilizando un molde. Sin embargo, en el momento del moldeo por compresión, se genera una fricción entre el producto compactado y el molde. Por esta razón, cuando se mezclan polvos en crudo, se añade un lubricante de ácido graso insoluble en agua, tal como estearato de zinc, estearato de calcio, estearato de litio, etc., de manera que imparte lubricación.
20
Sin embargo, el procedimiento de aplicación de un lubricante a polvos en crudo tiene limitaciones en la mejora de la densidad de un producto compactado. Por consiguiente, para obtener un producto compactado de alta densidad, se ha propuesto un procedimiento para formar un producto compactado que pueda compensar la ausencia de lubricación aplicando a un molde el mismo lubricante que el añadido a los polvos en crudo, reduciendo al mismo tiempo la cantidad de lubricante añadido a los polvos en crudo. 25
Este procedimiento convencional de moldeo se da a conocer, por ejemplo, en la publicación de la patente japonesa registrada número 3309970 (ver los párrafos 0012 y 0013). Este procedimiento comprende las etapas de: aplicar mediante una pistola de pulverización agua dispersada en un lubricante alto en ácidos grasos a una superficie interior de un molde calentado, para recubrir la superficie interior con la misma; y moldear por compresión polvos de 30 metal llenando el molde con los polvos de metal y comprimiéndolos a una presión tal que el lubricante alto en ácidos grasos se une químicamente a los polvos de metal de manera que producen una película de jabón metálico, en que el molde se calienta y la superficie interior del mismo se recubre con un lubricante alto en ácidos grasos tal como estearato de litio; los polvos de metal calientes llenan este molde y son sometidos a moldeo por compresión, a una presión tal que el lubricante alto en ácidos grasos se une químicamente a los polvos metálicos de manera que se 35 produce la película de jabón metálico, por lo que la película de jabón metálico se produce sobre la superficie interior del molde para reducir, de ese modo, la fricción entre el producto compactado de los polvos metálicos y el molde, permitiendo de este modo la reducción de la fuerza para expulsar el producto compactado.
Dado que, el hecho de que se utilice para el molde el mismo lubricante que el añadido a los polvos en crudo tiene 40 como resultado la utilización del lubricante insoluble en agua, el lubricante aplicado al metal se aplicará en un estado de polvo sólido. Por esta razón, son conocidos asimismo otros procedimientos de aplicación de lubricante, tales como la aplicación electrostática de polvos lubricantes o la aplicación en seco de lubricante dispersado en agua mediante detergente y a continuación secado.
45
Según la técnica convencional mencionada anteriormente, en la que un líquido de dispersión de lubricante obtenido dispersando el mismo en agua se aplica a un molde, el líquido de dispersión es repelido de la superficie del molde debido a la tensión superficial en el momento de esta aplicación, de tal manera que existe el problema de que el líquido de dispersión no se fije uniformemente a la parte de moldeo de polvos del molde, es decir, a la superficie del orificio pasante del mismo y, por lo tanto, resulta imposible formar una capa lubricante sobre toda la superficie de la 50 parte de moldeo (es decir, del orificio pasante). Este problema se hace particularmente destacable en el caso de llevar a cabo una formación en caliente a una temperatura elevada de 150 grados Celsius o superior, habiendo impedido por lo tanto un mayor incremento de la densidad en el pasado.
Por otra parte, en caso de que el líquido de dispersión obtenido dispersando lubricante en agua se aplique a un 55 molde mediante pulverización, el líquido de dispersión está expuesto a ser fijado no solo en la parte de moldeo sino asimismo en la superficie superior del molde o de la matriz. Dado que la superficie superior de la matriz es una superficie en la que se permite el deslizamiento de una masa de material suministrado que se denomina normalmente "alimentador" o similar, ha existido la preocupación de que el polvo en crudo tiende a apelmazarse fácilmente debido a que el líquido de dispersión se fija en la superficie superior del molde. 60
Asimismo, en el párrafo 0006 de la publicación de la patente japonesa no examinada número 2002-129201 se da a conocer una aparato de moldeo de polvos en matriz que comprende una matriz que incluye un orificio interior para definir el contorno de un producto compactado y está fabricada de un material duro, estando la matriz ajustada en el orificio interior de un soporte de la matriz que tiene un orificio interior, en que el orificio interior de la matriz tiene una 65 forma de cono invertido en la dirección en la que se extrae el producto compactado, mientras que la superficie de la
matriz está formada con una sola o bien con múltiples capas de recubrimiento que se componen, por lo menos, en una capa de TiC, TiN, Al203, TiCN, HfN, CrN, W2C y DLC, y en que el soporte de la matriz se compone del material cuya temperatura de revenido utilizada normalmente es mayor que la del proceso de recubrimiento mencionado anteriormente.
5
Según la matriz convencional cuya superficie está formada con una sola o bien con múltiples capas de recubrimiento que se componen, por lo menos, de una capa de TiC, TiN, Al203, TiCN, HfN, CrN, W2C y DLC, el líquido de dispersión no se fijaría uniformemente a la superficie del orificio pasante del mismo, aunque se conseguiría una mejora de la resistencia de la matriz a la abrasión y de reducción de fricción en la superficie de la matriz.
10
El documento US 2002/0034453 da a conocer un procedimiento de formación de un producto compactado de polvo, que puede producir un producto compactado de alta densidad bajo una presión elevada y, al mismo tiempo, puede reducir la presión para expulsar el producto compactado de la matriz. El procedimiento comprende la etapa de aplicación consistente en aplicar un lubricante alto en ácidos grasos a la superficie interior de la matriz calentada, y la etapa de compactación consistente en llenar de polvo de metal la matriz y compactar el polvo de metal bajo una 15 presión tal que fuerce al lubricante alto en ácidos grasos a unirse químicamente con el polvo metálico y formar un recubrimiento de jabón metálico. Dado que el recubrimiento de jabón metálico se forma entre la matriz y el producto compactado, se reduce la fuerza de fricción entre la matriz y el producto compactado y la presión de expulsión se puede reducir notablemente a pesar de la compactación bajo alta presión.
20
R. A. Brown, F. M. Orr y L. E. Scriven, en el documento “Static drop on an inclined plate: analysis by the finite element method" (caída estática sobre una placa inclinada: análisis mediante el método de elementos finitos), Journal of Colloid and Interface Science, volumen 73, número 1, 1 de enero de 1980, páginas 76 a 87, consideran las formas de las gotas de un volumen y densidad dados en contacto con una placa inclinada sobre un área circular humedecida, las formas se hallan a partir de la ecuación de Young-Laplace por medio del método de elementos 25 finitos. Se determinaron variaciones del ángulo de contacto alrededor de los círculos de contacto en equilibrio mecánico, y se calcularon los ángulos máximo y mínimo de contacto retrocedido como funciones de la inclinación de la placa y del volumen de la gota. Se encuentra la máxima inclinación a la que una gota de un volumen dado puede permanecer estática.
30
El documento US 5.035.845 describe un procedimiento de fabricación de piezas a partir de polvos, en el que las propiedades de los polvos y de los productos compactados se pueden controlar y modificar fácilmente para obtener productos finales de acuerdo con una especificación y una dimensión deseadas. Se da a conocer un procedimiento uniforme para la determinación de propiedades del polvo y del producto compactado, que permite la optimización de la selección de aglutinantes, plastificantes, sustancias lubricantes y procedimientos de preparación del polvo antes 35 de la operación de prensado. Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un aparato de moldeo de polvos en matriz que permita la fabricación estable de un producto compactado de alta densidad mediante la formación de una capa lubricante sobre toda la superficie de la parte de moldeo, en el que se elimina el efecto negativo del lubricante sobre la superficie de la matriz.
40
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
Un primer aspecto de la presente invención propone un aparato de moldeo de polvos en matriz para moldear polvos, que comprende:
45
una matriz con un orificio pasante para formar un lado de un producto compactado, estando el orificio pasante definido verticalmente en la superficie superior de la matriz;
un punzón inferior a ajustar en el orificio pasante desde abajo;
50
un punzón superior a ajustar en el orificio pasante desde arriba;
y un medio de aplicación de lubricante para aplicar un lubricante al orificio pasante, permitiendo dicho medio de aplicación de lubricante que se aplique el lubricante al orificio pasante antes de llenar desde arriba un polvo en crudo en el orificio pasante, estando ajustado el punzón inferior, de manera que se permite el ajuste del punzón superior 55 en el orificio pasante después del llenado del polvo en crudo;
y en el que dicha superficie superior es una superficie tratada para tener caracter hidrófobo, estando formada dicha superficie superior con una capa de tratamiento superficial que tiene una capacidad mejorada de repelencia a los líquidos con respecto a la superficie superior, de manera que la capa de tratamiento superficial tiene un ángulo de 60 contacto con el lubricante mayor que el ángulo de contacto con el lubricante de la superficie realizada a partir del material de la propia matriz; y porque dicho lubricante es un líquido de dispersión o bien una solución producida dispersando o disolviendo lubricante en agua.
Según la estructura definida en el primer aspecto, es posible que la superficie superior de la matriz tenga un mayor 65 ángulo de contacto con el lubricante fijado a la misma, de manera que se reduce la acción humectante del lubricante
con respecto al orificio pasante, permitiendo de ese modo que el lubricante sea repelido desde la superficie superior. Por consiguiente, se puede impedir que el polvo en crudo a llenar se degrade.
La formación de una capa de lubricante se asegura evaporando el contenido de humedad en el lubricante fijado al orificio pasante. 5
Un segundo aspecto de la presente invención propone el aparato de moldeo de polvos en matriz, según el primer aspecto, en el que la superficie superior es una superficie tratada con una sustancia no polar o bien con una sustancia con enlace de Si-H o con enlace de C-H.
10
Un tercer aspecto de la presente invención propone un aparato de moldeo de polvos en matriz, según el primer aspecto, en el que dicha capa de tratamiento superficial está formada de cualquier compuesto seleccionado del grupo que se compone de Re-H, Tc-H, Co-H, Ni-H, Cu-H, Ag-H, Hg-H, Mo-H, Fe-H, Ti-H, Si-H, H-C, P-C, Te-C, H-S, P-S, Te-S, H-I, P-I, Te-I, W-H, Cd-H, In-H, B-C, As-C, Po-C, B-S, As-S, PO-S, B-I, As-I, Po-I, Nb-H, V-H, Cr-H, Zn-H, Ga-H, Re-C, Tc-C, Co-C, Ni-C, Cu-C, Ag-C, Hg-C, Pb-C, Sb-C, Bi-C, Re-S, Tc-S, Co-S, Ni-S, Cu-S, Ag-S, Hg-S, Pb-15 S, Sb-S, Bi-S, Re-I, Tc-I, Co-I, Ni-I, Cu-I, Ag-I, Hg-I, Pb-I, Sb-I, Bi-I, Be-H, Al-H, Ti-H, Ta-H, Mn-H, Mo-C, Fe-C, Ti-C, Si-C, Ge-C, Sn-C, Mo-S, Fe-S, Ti-S, Si-S, Ge-S, Sn-S, Mo-I, Fe-I, Ti-I, Si-I, Ge-I, Sn-I, Zr-H, Pa-H y U-H.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
20
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un primer proceso útil como información de antecedentes.
La figura 1A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -P- de una matriz.
25
La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un segundo proceso útil como información de antecedentes.
La figura 2A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -Q- de una matriz.
30
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un tercer proceso útil como información de antecedentes.
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un cuarto proceso útil como información de antecedentes.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un primer proceso y un aparato, según una primera realización 35 de la presente invención.
La figura 5A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -R- de una matriz, según la primera realización.
40
La figura 6 es un diagrama esquemático que muestra un segundo proceso y un aparato, según una primera realización de la presente invención.
La figura 6A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -S- de una matriz, según la primera realización. 45
La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra un proceso adicional útil como información de antecedentes.
La figura 7A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -T- de una matriz. 50
La figura 8 es un diagrama esquemático que muestra un proceso adicional, útil como información de antecedentes.
La figura 8A es una vista, en sección transversal, parcialmente a mayor escala, que muestra una parte -U- de una matriz. 55
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE
A continuación se explicarán antecedentes relacionados con la presente invención, haciendo referencia a las figuras 1 a 4. En la figura 1A, que muestra un primer proceso, el numeral -1- indica un orificio pasante formado 60 verticalmente en la superficie superior de una matriz -2- que sirve de molde para formar los lados de un producto compactado -A- como una masa moldeada de polvo, descrita posteriormente. Un punzón inferior -3- está ajustado en el orificio pasante -1- desde debajo del mismo y un punzón superior -4- está ajustado asimismo en el orificio pasante -1- desde arriba del mismo. Un alimentador -5-, que proporciona un polvo -M- en crudo, está dispuesto de manera deslizante sobre la superficie superior de la matriz -2-. Encima del orificio pasante está dispuesto un 65 elemento -6- de pulverización que sirve como medio de aplicación de una solución para pulverizar la solución -L- de
tal manera que fija la misma a una parte de moldeo -1A- del molde. El elemento -6- de pulverización está dispuesto de manera que está frente al orificio pasante -1-, y está conectado a un depósito de la solución -L- (no mostrado) a través de una válvula de apertura y cierre automático (no mostrada). Alternativamente, la solución -L- se puede sustituir por un líquido de dispersión producido dispersando en agua el lubricante dado a conocer en la publicación de patente japonesa registrada número 3309970 mencionada anteriormente. Un calentador -7- y un detector de 5 temperatura -8- están dispuestos en torno a la periferia de la parte de moldeo -1A- para formar el producto compactado -A-, estando definida la parte de moldeo mediante el orificio pasante -1- y el punzón inferior -3- acoplado al mismo. El calentador -7- y el detector de temperatura -8- están conectados a un dispositivo -9- de control de la temperatura que sirve como un medio de control de la temperatura, el cual mantiene la temperatura en el orificio pasante -1- por encima de la temperatura de evaporación de la solución -L-, y por debajo de la temperatura 10 de fusión del lubricante.
Una superficie -10- del orificio pasante -1- está formada con una capa -11- de tratamiento superficial mediante un tratamiento para impartir propiedades hidrófilas a la superficie -10- para mejorar la acción humectante de la solución -L- con respecto a la superficie -10-, o disponiendo un material hidrófilo en la misma. El ángulo -X- de contacto de la 15 capa -11- de tratamiento superficial con respecto a la solución -L- es menor que el ángulo -Y- de contacto de la superficie -10-, que está fabricada del material de la propia matriz -2-, o de la superficie superior -2A- donde el material está al descubierto, con respecto a la solución -L- (es decir, X < Y), permitiendo de este modo que se mejore dicha acción humectante. Se debe observar, en este caso, que estos ángulos de contacto -X-, -Y- no están medidos en unas condiciones tales como las mostradas en la figura 1, donde se muestran solo esquemáticamente 20 en aras de la explicación, sino que están medidos en iguales condiciones, tal como manteniendo horizontalmente la superficie -10- y la superficie superior -2A-.
Específicamente, la capa -11- de tratamiento superficial está formada mediante: la pulverización térmica, PVD, CVD o granallado de óxido, fluoruro, nitruro, cloruro, sulfuro, bromuro, ioduro, carburo, hidróxido, etc., que tienen enlaces 25 químicos tales como los mostrados en la tabla 1; someter el recubrimiento de titanio, óxidos de zinc o similares a reacción fotocatalítica irradiándolos con luz; crear hidróxido mediante álcali o tratamiento hidrotérmico; el tratamiento superficial mediante bombardeo iónico con iones de potasio o iones de sodio; y utilizar el cambio en la tensión superficial de la solución -L- mediante la formación de poros diminutos en la superficie mediante recubrimiento con pulverización o matriz pulvimetalúrgica, de manera que la capa de tratamiento superficial obtenida de este modo 30 permite reducir el ángulo de contacto de la solución con respecto a la superficie -10- del orificio pasante -1-, mejorando de ese modo la acción humectante de la solución en la misma. Alternativamente, la superficie -10- del orificio pasante -1- puede sufrir la eliminación de organismos grasos a través de un procesamiento con ácido o a la llama, pulido electrolítico, etc., de manera que se pueda reducir el ángulo de contacto -X-. Si ello no provoca problemas en la resistencia, la matriz se puede fabricar preferentemente de los materiales hidrófilos mostrados en 35 las tablas 1 y 2. Alternativamente, los metales tales como hierro o metal duro pueden tener dispersadas en los mismos las sustancias mostradas en la tabla 1, para mejorar la resistencia y la dureza. La aleación con metales fácilmente oxidables tales como Ti, V, Si y Al, etc., a utilizar como el material de la matriz es asimismo efectiva para mejorar las propiedades hidrófilas. En el caso de recubrimiento, el recubrimiento de hierro o metal duro junto con los materiales hidrófilos es deseable dado que dicho recubrimiento puede satisfacer tanto la larga duración como las 40 propiedades hidrófilas de la matriz.
Tabla 1
Ejemplos de sustancias hidrófilas
- Elementos de enlace hidrófilo o sustancias hidrófilas
- Ionicidad aproximada del enlace Razón principal de la propiedad hidrófila
- Cs-F, Fr-F
- 93% debido a la gran ionicidad (polaridad) de los enlaces
- K-F, Rb-F
- 92%
- Na-F, Ba-F, Ra-F
- 91%
- Li-F, Ca-F, Sr-F
- 89%
- Ac-F, lantánido-F
- 88%
- Mg-F, Y-F, Cs-O, Fr-O
- 86%
- Se-F, Hf-F, Th-F, K-O, Rb-O
- 84%
- Zr-F, Pa-F, U-F, Na-O, Ba-O, Ra-O
- 82%
- Be-F, Al-F, Ti-F, Ta-F, Mn-F, Li-O, Ca-O, Sr-O
- 79%
- Nb-F, V-F, Cr-F, Zn-F, Ga-F, Ac-O, lantánido-O
- 76%
- W-F, Cd-F, In-F, Mg-O, Y-O, Cs-O, Fr-O, Cs-N, Fr-N, Cs-Cl, Fr-Cl
- 73%
- Mo-F, Fe-F, Tl-F, Si-F, Ge-F, Sn-F, Se-O, Hf-O, Th-O, K-N, Rb-N, K-Cl, Rb-Cl
- 70%
- Re-F, Tc-F, Co-F, Ni-F, Cu-F, Ag-F, Hg-F, Pb-F, Sb-F, Bi-F, Zr-O, Pa-O, U-O, Na-N, Ba-N, Ra-N, Na-Cl, Ba-Cl, Ra-Cl, Cs-Br, Fr-Br
- 67%
- B-F, As-F, Po-F, Be-O, Al-O, Ti-O, Ta-O, Mn-O, Li-N, Ca-N, Sr-N, Li-Cl, Ca-Cl, Sr-Cl, K-Br, Rb-Br
- 63%
- P-F, Te-F, Nb-O, V-O, Cr-O, Zn-O, Ga-O, Ac-N, lantánido-N, Ac-Cl, lantánido-Cl, Na-Br, Ba-Br, Ra-Br
- 59%
- Ru-F, Os-F, Rh-F, Ir-F, Pd-F, Pt-F, At-F, W-O, Cd-O, In-O, Mg-N, Y-N, Cs-N, Fr-N, Mg-Cl, Y-Cl, Cs-Cl, Fr-Cl, Li-Br, Ca-Br, Sr-Br, Cs-C, Fr-C, Cs-S, Fr-S, Cs-I, Fr-I
- 55%
5
Tabla 2
Ejemplos de sustancias hidrófilas
- Elementos de enlace hidrófilo o sustancias hidrófilas
- Ionicidad aproximada del enlace Razón principal de la propiedad hidrófila
- Mo-O, Fe-O, Tl-O, Si-O, Ge-O, Sn-O, Se-N, Hf-N, Th-N, Se-Cl, Hf-Cl, Th-Cl, Ac-Br, lantánido-Br, K-C, Rb-C, K-S, Rb-S, K-I, Rb-I
- 51% debido a la gran ionicidad (polaridad) de los enlaces
- Au-F, Se-F, Re-O, Tc-O, Co-O, Ni-O, Cu-O, Ag-O, Hg-O, Pb-O, Sb-O, Bi-O, Zr-N, Pa-N, U-N, Zr-Cl, Pa-CI, U-CI, Mg-Br, Y-Br, Na-C, Ba-C, Ra-C, Na-S, Ba-S, Ra-S, Na-I, Ba-I, Ra-I
- 47%
- B-O, As-O, Po-O, Be-N, Al-N, Ti-N, Ta-N, Mn-N, Be-Cl, Al-Cl, Ti-Cl, Ta-Cl, Mn-Cl, Se-Br, Hf-Br, Th-Br, Li-C, Ca-C, Sr-C, Li-S, Ca-S, Sr-S, Li-I, Ca-I, Sr I
- 43%
- P-O, Te-O, Nb-N, V-N, Cr-N, Zn-N, Ga-N, Nb-Cl, V-Cl, Cr-Cl, Zn-Cl:Ga-Cl, Zr-Br, Pa-Br, U-Br, Ac-C, lantánido-C, Ac-S, lantánido-S, Ac-I, lantánido-I
- 39%
- Ru-O, Os-O, Rh-O, Ir-O, Pd-O, Pt-O, At-O, W-N, Cd-N, In-N, W-Cl, Cd-Cl, In -Cl, Be-Br, Al-Br, Ti-Br, Ta-Br, Mn-Br, Mg-C, Y-C, Cs-C, Fr-C, Mg-S, Y-S, Cs-S, Fr-S, Mg-I, Y-I, Cs-I, Fr-I
- 35%
- Mo-N, Fe-N, Tl-N, Si-N, Ge-N, Sn-N, Mo-Cl, Fe-Cl, Tl-Cl, Si-Cl, Ge-Cl, Sn-Cl, Nb-Br, V-Br, Cr-Br, Zn-Br, Ga-Br, Se-C, Hf-C, Th-C, Se-S, Hf-S, Tb-S, Se-I, Hf-I Th-I
- 30%
- Sustancias generales que incluyen un grupo hidroxilo
- debido a la inclusión del grupo hidroxilo
- Óxidos en general
- debido a que la superficie cambia para incluir hidroxilo
- Sustancias solubles en agua, en general
- debido a ser solubles en agua
- Algunos óxidos específicos (por ejemplo, óxido de titanio, óxido de zinc)
- debido a la foto-excitación
10
En el primer proceso, debido a que el calor del calentador -7- está controlado previamente por el sistema de control -9- de la temperatura, la temperatura de la superficie -10- del orificio pasante -1- se mantiene por encima de la temperatura de evaporación de la solución -L-, y por debajo de la temperatura de fusión del lubricante. A continuación, la válvula de apertura y cierre automático se abre para aplicar la solución -L- del lubricante mediante pulverización desde el elemento de pulverización -6- a la parte de moldeo -1A- de la matriz -2- calentada por el 5 calentador -7-, estando el punzón inferior -3- encajado en el orificio pasante -1- para definir la parte de moldeo -1A-. En este momento, se permite que el ángulo -X- de contacto de la solución -L-, que sería el ángulo -Y- de contacto sin la capa -11- de tratamiento superficial, sea menor que el ángulo -X- debido a la capa -11- de tratamiento superficial, lo que permite impedir que la solución -L- sea repelida, por lo que se aplica a toda la superficie del orificio pasante -1- y lo humedece. Como resultado, la solución -L- se evapora y se seca, y de este modo se permite que 10 crezcan cristales en toda la capa -11- de tratamiento superficial del orificio pasante -1-, de modo que se forma uniformemente una capa cristalizada -B- que sirve como capa de lubricación del lubricante.
A continuación, tal como se muestra en un segundo proceso mostrado en la figura 2, el alimentador -5- se desplaza hacia adelante de manera que cae polvo -M- en crudo en la parte de moldeo -1A- para llenarla. Posteriormente, tal 15 como se muestra en un tercer proceso mostrado en la figura 3, la matriz -2- se desplaza hacia abajo, mientras el punzón superior -4- se introduce en la parte de moldeo -1A- del orificio pasante -1- desde arriba del mismo, de tal modo que el polvo -M- en crudo se comprime de manera que queda intercalado entre el punzón superior -4- y el punzón inferior -3-. En esta etapa, un extremo inferior del punzón inferior -3- está retenido firmemente en posición. En este tercer proceso, el polvo -M- de material se comprime al ser presionado contra la capa cristalizada -B- 20 formada por el lubricante, siendo impartida al mismo una propiedad de lubricación mediante la capa -B-.
El producto compactado -A- moldeado por compresión de este modo, se hace extraíble cuando la matriz -2- se desplaza más hacia abajo hasta que la superficie superior de la matriz -2- llega a estar esencialmente a la misma altura que la superficie superior del punzón inferior -3-, tal como se ilustra en un cuarto proceso mostrado en la figura 25 4. Cuando éste se extrae, se permite que el producto compactado -A- contacte con la capa cristalizada -B- formada por el lubricante en estado lubricado. Después de extraer el producto compactado -A- de este modo, se repite el primer proceso y por lo tanto se aplica de nuevo la solución -L- a la parte de moldeo -1A- para formar la capa cristalizada -B-, y a continuación se llena con el polvo -M- en crudo la parte de moldeo -1A-.
30
Tal como resulta evidente a partir de lo anterior, la superficie -10- del orificio pasante -1- está formada con la capa -11- de tratamiento superficial, de manera que tiene el mismo ángulo -X- de contacto con la solución -L- que el ángulo -Y- de contacto de la matriz -2- con la solución -L-, según la realización anterior. Por lo tanto, cuando se aplica la solución -L-, se mejora la acción humectante de la solución -L- con respecto al orificio pasante -1- de manera que la solución -L- se puede extender sobre la capa -11- de tratamiento superficial, eventualmente sobre 35 toda la superficie del orificio pasante -1-. Por consiguiente, toda la superficie del mismo puede estar formada con la capa cristalizada -B- llevando a cabo la evaporación del agua. Como resultado, se pueden obtener productos compactados -A- de alta densidad.
Asimismo, antes de llenar la parte de moldeo -1A- con el polvo -M- en crudo, se aplica a la parte de moldeo -1A- la 40 solución -L- con un lubricante disuelto en un disolvente formando una fase uniforme, y a continuación la solución -L- se evapora para formar de ese modo la capa cristalizada -B- sobre la parte de moldeo -1A-. Por lo tanto, la capa fina cristalizada -B- para la lubricación se forma sobre la superficie periférica de la parte de moldeo -1A-, permitiendo de este modo la reducción de la fuerza necesaria para extraer el producto compactado -A- desde la parte de moldeo -1A- mejorando asimismo la densidad del mismo. 45
Sigue una descripción de realizaciones de la invención haciendo referencia a las figuras 5 y 6, en las que los mismos símbolos de referencia que los de las figuras 1 a 4 están indicados mediante los mismos símbolos, y se omitirá su descripción detallada repetida.
50
Según la presente invención, la superficie superior -2A- de la matriz -2- está formada con una capa -21- de tratamiento superficial mediante un tratamiento para impartir un caracter hidrófobo a la superficie -2A- para mejorar su capacidad de repelencia a los líquidos (es decir, reduciendo la acción humectante de la solución -L-) con respecto a la superficie -2A-, o disponiendo sobre la misma un material hidrófobo. El ángulo -Y'- de contacto de la capa -21- de tratamiento superficial con respecto a la solución -L- es mayor que el ángulo -X'- de contacto de la superficie 55 fabricada del material de la propia matriz -2-, o de la superficie -10- del orificio pasante -1-, con respecto a la solución -L- (es decir, Y' > X'), permitiendo por lo tanto que se reduzca dicha acción humectante. La capa -21- de tratamiento superficial puede estar formada a partir de una resina basada en silicona o basada en flúor, tal como las que incluyen enlaces Si-H, enlaces C-H, etc., o de sustancias no polares, tal como las mostradas en la siguiente tabla 3. 60
Tabla 3
Ejemplos de sustancias hidrófobas
- Elementos con enlaces hidrófobos o sustancias hidrófobas
- Ionicidad aproximada del enlace Razón principal para el carácter hidrófobo
- Re-H, Tc-H, Co-H, Ni-H, Cu-H, Ag-H, Hg-H
- 1% debido a la reducida ionicidad (polaridad) de los enlaces
- Mo-H, Fe-H, Tl-H, Si-H
- 3%
- H-C, P-C, Te-C, H-S, P-S, Te-S, H-I, P-I, Te-I, W-H, Cd-H, In-H
- 4%
- B-C, As-C, Po-C, B-S, As-S, Po-S, B-I, As-I, Po-I, Nb-H, V-H, Cr-H, Zn-H, Ga -H,
- 7%
- Re-C, Tc-C, Co-C, Ni-C, Cu-C, Ag-C, Hg-C, Pb-C, Sb-C, Bi-C, Re-S, Tc-S, Co-S, Ni-S, Cu-S, Ag-S, Hg-S, Pb-S, Sb-S, Bi-S, Re-I, Tc-I, Co-I, Ni-I, Cu-I, Ag-I, Hg-I, Pb-I, Sb-I, Bi-I, Be-H, Al-H, Ti-H, Ta-H, Mn-H,
- 9%
- Mo-C, Fe-C, Tl-C, Si-C, Ge-C, Sn-C, Mo-S, Fe-S, Tl-S, Si-S, Ge-S, Sn-S, Mo-I, Fe-I, TI-I, Si-I, Ge-I, Sn-I, Zr-H, Pa-H, U-H
- 11%
- Sustancias no polares en general
- debido a ser no polar
5
Según la presente invención, por lo tanto, la válvula de apertura y cierre automático se abre, de manera que la solución -L- del lubricante se pulveriza desde el elemento -6- de pulverización y se aplica a la parte de moldeo -1A- de la matriz -2- que está precalentada mediante el calentador -7-. En este momento, es probable que parte de la solución -L- se fije a la superficie superior -2A- de la matriz -2-. Sin embargo, el ángulo mencionado anteriormente -Y'- de contacto de la solución -L- con la superficie superior -2A- sobre la que está dispuesta la capa -21- de 10 tratamiento superficial, resulta mayor que el ángulo -X'- de contacto directo de la misma con la matriz -2-, por lo que permite que se repela la solución -L-, impidiendo por lo tanto que la solución -L- se recoja sobre la superficie -2A-.
Tal como resulta evidente a partir de lo anterior, dado que la capa superior -2A- de la matriz -2- está formada con la capa -21- de tratamiento superficial de manera que tiene un ángulo -Y'- de contacto con la solución -L- mayor que el 15 ángulo -X'- de contacto de la matriz -2- con la solución -L-, se pueden mejorar por lo tanto las propiedades hidrófobas en la superficie superior -2A-, haciendo menos probable que la solución -L- se acumule o se recoja sobre la superficie superior -2A- (la capa -21- de tratamiento superficial), impidiendo por lo tanto que la solución -L- se recoja sobre la superficie superior -2A- (capa -21- de tratamiento superficial) lo que, a su vez, hace menos probable que el polvo -M- en crudo contenido en el alimentador -5- contacte con la solución -L-, permitiendo por lo tanto 20 impedir que el polvo -M- en crudo se apelmace.
En relación con las figuras 7 y 8, que hacen referencia a información de antecedentes, encima del orificio pasante -1- está dispuesto el elemento -6- de pulverización que sirve como un medio de aplicación de soluciones para pulverizar la solución -L- de manera que fija la misma a la parte de moldeo -1A-. El elemento -6- de pulverización 25 está dispuesto de manera que está situado frente al orificio pasante -1-. La solución -L- contiene componentes que mejoran la acción humectante de la solución -L- con respecto a la superficie -10- del orificio pasante -1-. Los componentes de mejora de la acción humectante son aquellos que pueden hacer menor el ángulo -X''- de contacto de la solución -L- con la superficie -10-, tales como los agentes de acción superficial. Alternativamente, se puede utilizar el líquido de dispersión producido dispersando lubricante en agua en lugar de la solución -L-. También en 30 este caso, dicho líquido de dispersión debería contener componentes de mejora de la acción humectante.
Por lo tanto, la válvula de apertura y cierre automáticos se abre para aplicar la solución -L- del lubricante mediante pulverización desde el elemento de pulverización -6- a la parte de moldeo -1A- de la matriz -2- calentada por el calentador -7-, estando el punzón inferior -3- ajustado en el orificio pasante -1- para definir la parte de moldeo -1A-. 35 En este momento, se permite que el ángulo -X''- de contacto de la solución -L-, que sería mayor sin los componentes de mejora de la acción humectante, sea lo suficientemente pequeño debido a los componentes, permitiendo por lo tanto impedir la repulsión de la solución -L-, para que de ese modo ésta se aplique a toda la superficie -10- del orificio pasante -1- y la humedezca. Como resultado, la solución -L- se evapora y se seca, y por lo tanto se permite que crezcan cristales en todo el entorno de la capa -11- de tratamiento superficial del orificio pasante -1-, de manera 40 que se forma uniformemente una capa cristalizada -B- del lubricante.
Tal como resulta evidente por lo anterior, dado que la solución -L- contiene componentes que mejoran la acción humectante para reducir el ángulo -X''- de contacto con la superficie -10-, la acción humectante de la solución -L- en el orificio pasante -1- mejora cuando se aplica la solución -L-, permitiendo por lo tanto que la solución -L- se extienda 45 sobre toda la superficie -10- del orificio pasante -1-, de manera que la solución -L- se evapora y se seca para permitir de ese modo que la capa cristalizada -B- crezca completamente, permitiendo de ese modo que se obtengan de manera estable productos compactados de alta densidad.
Se explicarán a continuación ejemplos preferentes y ejemplos comparativos haciendo referencia a la tabla 4. En cada uno de los ejemplos preferentes y de los ejemplos comparativos mostrados en la tabla 4, se han utilizado polvos de hierro (diámetro promedio de las partículas: 90,,m) como el polvo en crudo, y se llenaron 7 g de la mezcla de polvo en crudo en un molde formando una columna cilíndrica con un área de compresión de 1 cm2, y a continuación se formaron los productos compactados a una presión de formación de 8 t/cm2. En los ejemplos 5 preferentes, se aplicó una solución al 1 % de fosfato de hidrógeno dipotásico como lubricante soluble en agua a la parte de moldeo de la matriz recubierta con material hidrófilo y se calentó a 250oC, a continuación se evaporó y se secó para formar la capa cristalizada, y después se llenó con polvos en crudo en esta parte de moldeo. En el ejemplo comparativo 1, después de aplicar el lubricante a la parte de moldeo de una matriz normal calentada a 250oC, éste se secó y se llenó a continuación esta parte de moldeo con el polvo en crudo. En el ejemplo comparativo 10 2, después de aplicar el lubricante a la parte de moldeo de la matriz normal calentada a 150oC, éste se secó y se llenó a continuación la parte de moldeo con el polvo en crudo. El ejemplo comparativo 3 es un caso en el que se calentó una matriz normal a 150oC y se llenó a continuación la parte de moldeo con el polvo en crudo sin aplicación de lubricante. En otro ejemplo, si utilizó SKH-51, que se emplea habitualmente para acero de herramientas, para la parte de moldeo de dicha matriz normal. 15
Tabla 4
- 1º ej. 2º ej. 3º ej. 4º ej. 5º ej. 6º ej. 1º ej. c. 2º ej. c. 3º ej. c.
- Elemento de enlace hidrófilo
- Al-O Ti-O Al-O Ti-O Al-O Mg-O Al-O Si-O Al-O Ca-O ninguno ninguno ninguno
- Componentes de recubrimiento hidrófilo
- Al2O3 60% TiO2 60% Al2O3 TiO2 Espinela Al2O3 60% SiO2 40% Al2O3 60% CaO 40% ninguno ninguno ninguno
- Proceso para recubrimiento hidrófilo
- Recubri-miento por pulveri-zación Recubri-miento por pulveri-zación Recubri-miento por pulveri-zación Recubri-miento por pulveri-zación Recubri-miento por pulveri-zación Recubri-miento por pulveri-zación ninguno ninguno ninguno
- Lubricación de la matriz
- Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí No
- Temperatura de formación
- 250oC 250oC 250oC 250oC 250oC 250oC 256oC 150oC 150oC
- Densidad de formación
- 7,68g/cm3 7,67g/cm3 7,68g/cm3 7,67g/cm3 7,68g/cm3 7,67g/cm3 no moldeable 7,58g/cm3 no moldeable
ej. c.: ejemplo comparativo 20
Los resultados de la comparación a partir de la tabla 4 indican que el moldeo de polvo se consideró imposible si se llevaba a cabo a 250oC utilizando matrices sin el recubrimiento hidrófilo, debido a que el lubricante no se fijaba completamente a la parte de moldeo. Según los ejemplos preferentes 1 a 6 en los que se utilizó moldeo de polvo, utilizando matrices con el recubrimiento hidrófilo, el moldeo de polvo se consideró posible a una temperatura mayor 25 de 150oC, y se encontró que se pueden obtener materiales compactados de alta densidad, más densos que los formados a 150oC.
En los siguientes párrafos numerados se facilitan características adicionales:
30
1. Aparato de moldeo de polvos en una matriz para moldear polvo, que comprende:
una matriz con un orificio pasante para formar un lado de un producto compactado, estando el orificio pasante definido verticalmente por una superficie superior de la matriz;
35
un punzón inferior a ajustar en el orificio pasante desde abajo;
un punzón superior a ajustar en el orificio pasante desde arriba;
unos medios de aplicación de lubricante para aplicar un lubricante al orificio pasante, permitiendo dichos medios de 40 aplicación de lubricante que se aplique el lubricante al orificio pasante antes de llenar desde arriba el orificio pasante con un polvo en crudo, estando ajustado el punzón inferior en el mismo, de manera que se permite que el punzón superior se ajuste en el orificio pasante después de llenar dicho orificio pasante con el polvo en crudo para formar un producto compactado, en el que el orificio pasante está formado de manera que tiene un ángulo de contacto con el lubricante menor que el ángulo de contacto de la propia matriz con el lubricante. 45
2. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 1, en el que dicho lubricante es un líquido de dispersión o una solución producida dispersando o disolviendo lubricante en agua, mientras que el orificio pasante se somete a un tratamiento superficial para proporcionarle una propiedad hidrófila.
50
3. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 2, en el que dicho orificio pasante se somete a un tratamiento superficial de manera que tenga una capa de tratamiento superficial formada mediante un recubrimiento de óxido, fluoruro, nitruro, cloruro, sulfuro, bromuro, ioduro, carburo o hidróxido.
4. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 2, en el que dicho orificio pasante se somete a un 5 tratamiento superficial para tener una capa de tratamiento superficial formada sometiendo un recubrimiento de titanio u óxido de zinc a una reacción fotocatalítica mediante irradiación de luz.
5. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 2, en el que dicho orificio pasante se somete a un tratamiento superficial para tener una capa de tratamiento superficial formada mediante la creación de hidróxido con 10 un álcali o un proceso hidrotérmico, o mediante bombardeo iónico con iones de potasio o iones de sodio.
6. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 2, en el que dicho orificio pasante se somete a un tratamiento superficial para tener una capa de tratamiento superficial formada haciendo uso de un cambio en la tensión superficial de la solución mediante la formación de poros finos sobre la superficie. 15
7. Aparato de moldeo de polvos en matriz para moldeo de polvo, que comprende:
una matriz con un orificio pasante para formar un lado de un producto compactado, estando el orificio pasante definido verticalmente por una superficie superior de la matriz; 20
un punzón inferior a ajustar en el orificio pasante desde abajo;
un punzón superior a ajustar en el orificio pasante desde arriba;
25
unos medios de aplicación de lubricante para aplicar un lubricante al orificio pasante, permitiendo dichos medios de aplicación de lubricante que se aplique el lubricante al orificio pasante antes de llenar desde arriba el orificio pasante con un polvo en crudo, estando ajustado el punzón inferior de manera que se permite el ajuste del punzón superior en el orificio pasante después del llenado del polvo en crudo;
30
en el que dicha superficie superior está formada de manera que tiene un ángulo de contacto con el lubricante mayor que el ángulo de contacto de la propia matriz con el lubricante.
8. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 7, en el que dicho lubricante es un líquido de dispersión o una solución producida dispersando o disolviendo lubricante en agua, mientras que la superficie superior se 35 somete a un tratamiento superficial para que sea hidrófoba.
9. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según el párrafo 8, en el que dicha superficie superior se somete a un tratamiento superficial con una sustancia no polar o bien una sustancia con un enlace de Si-H o un enlace de C-H.
40
10. Procedimiento de moldeo para obtener un producto de moldeo de polvo, que comprende las etapas de:
aplicar a dicha parte de moldeo una solución producida disolviendo lubricante en agua o un líquido de dispersión producido dispersando lubricante en agua, evaporando el contenido de agua del líquido de dispersión o de la solución para formar una capa de lubricante en la parte de moldeo, 45
llenar la parte de moldeo con un polvo en crudo, y a continuación
ajustar los punzones en la parte de moldeo para formar un producto de moldeo de polvo,
50
en el que dicho líquido de dispersión o dicha solución contiene componentes para mejorar la acción humectante en el orificio pasante.
11. Procedimiento para obtener un producto de moldeo de polvo, según el párrafo 10, en el que dichos componentes para mejorar la acción humectante se componen de un agente de acción superficial. 55
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1. Aparato de moldeo de polvos en matriz para moldeo de polvo, que comprende:una matriz (2) con un orificio pasante (1) para formar un lado de un producto compactado (A), estando definido 5 verticalmente el orificio pasante (1) por una superficie superior (2A) de la matriz (2);un punzón inferior (3) a ajustar en el orificio pasante (1) desde abajo;un punzón superior (4) a ajustar en el orificio pasante (1) desde arriba; y 10unos medios de aplicación de lubricante para aplicar un lubricante (L) al orificio pasante (1), permitiendo dichos medios de aplicación de lubricante que se aplique el lubricante (L) al orificio pasante (1) antes de llenar desde arriba el orificio pasante (1) con un polvo (M) en crudo, estando ajustado el punzón inferior (3) de manera que se permite que el punzón superior (4) se ajuste en el orificio pasante (1) después del llenado del polvo (M) en crudo, 15caracterizado porque dicha superficie superior (2A) es una superficie tratada para hacerla hidrófoba, estando formada la superficie superior con una capa (21) de tratamiento superficial que tiene una capacidad mejorada de repulsión de líquido en la superficie superior (2A), de manera que la capa (21) de tratamiento superficial tiene un ángulo (Y') de contacto con el lubricante (L) mayor que el ángulo (X') de contacto de la superficie (2A) fabricada del 20 material de la propia matriz (2) con el lubricante (L); y porque dicho lubricante (L) es un líquido de dispersión o bien una solución producida dispersando o disolviendo lubricante en agua.
- 2. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa (21) de tratamiento superficial está formada de una sustancia no polar o de una sustancia con enlace Si-H o con enlace C-H. 25
- 3. Aparato de moldeo de polvos en matriz, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa (21) de tratamiento superficial está formada de cualquier compuesto seleccionado del grupo que se compone de Re-H, Tc-H, Co-H, Ni-H, Cu-H, Ag-H, Hg-H, Mo-H, Fe-H, Ti-H, Si-H, H-C, P-C, Te-C, H-S, P-S, Te-S, H-I, P-I, Te-I, W-H, Cd-H, In-H, B-C, As-C, Po-C, B-S, As-S, PO-S, B-I, As-I, Po-I, Nb-H, V-H, Cr-H, Zn-H, Ga-H, Re-C, Tc-C, Co-C, Ni-C, Cu-30 C, Ag-C, Hg-C, Pb-C, Sb-C, Bi-C, Re-S, Tc-S, Co-S, Ni-S, Cu-S, Ag-S, Hg-S, Pb-S, Sb-S, Bi-S, Re-I, Tc-I, Co-I, Ni-I, Cu-I, Ag-I, Hg-I, Pb-I, Sb-I, Bi-I, Be-H, Al-H, Ti-H, Ta-H, Mn-H, Mo-C, Fe-C, Til-C, Si-C, Ge-C, Sn-C, Mo-S, Fe-S, Tl-S, Si-S, Ge-S, Sn-S, Mo-I, Fe-I, Ti-I, Si-I, Ge-I, Sn-I, Zr-H, Pa-H y U-H.
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