ES2558939T3

ES2558939T3 - Método

Info

Publication number: ES2558939T3
Application number: ES10766104.3T
Authority: ES
Inventors: Hugh Gavin Charles Hamilton
Original assignee: Anglo Platinum Marketing Ltd
Current assignee: Anglo Platinum Marketing Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: AU2010308198A1; AU2010308198B2; HUE027547T2; GB0917988D0; WO2011045601A1; JP2016135913A; JP2013508539A; ZA201203445B; US20120258008A1; KR101749365B1; CY1117109T1; CN104801715B; PL2488673T3; CN104801715A; CN102695812B; CA2777620A1; NZ599820A; EP2488673B1; SA110310770B1; JP6151023B2

Abstract

Un método de controlar el contenido en carbono y/u oxígeno en un material que comprende los pasos de: a) formar una composición de carga de alimentación que comprende al menos un polvo, al menos un metal del grupo del platino y al menos un aglutinante, y b) formar el material por moldeo por inyección de polvo; en donde al menos una proporción del carbono y/u oxígeno se elimina catalíticamente por el al menos un metal del grupo del platino, en donde la eliminación catalítica se induce térmicamente, y en donde la eliminación catalítica se produce en una atmósfera oxidante que comprende oxígeno o en una atmósfera reductora que comprende hidrógeno.

Description

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DESCRIPCION

Metodo

La presente invencion se refiere a un metodo de controlar el contenido de carbono y/u oxfgeno en un material formado por moldeo por inyeccion de polvo. En particular, la invencion proporciona una aleacion, preferiblemente una aleacion de titanio, o un cermet que tiene una pureza mejorada.

Se usa una gama muy amplia de aleaciones para diferentes aplicaciones, cada aleacion ofrece una combinacion particular de propiedades, incluyendo firmeza, ductilidad, resistencia a la deformacion, resistencia a la corrosion, resistencia a la fatiga y colabilidad. Por ejemplo, aunque el titanio puro es muy resistente a la corrosion, su resistencia a la corrosion se puede mejorar al formar una aleacion con paladio al 0,15% en peso. Asimismo, Ti-6Al- 4V es una aleacion de titanio popular que muestra alta firmeza, resistencia a la deformacion y colabilidad. La resistencia a la corrosion de Ti-6Al-4V tambien se puede mejorar similarmente por la adicion de paladio.

La produccion global de titanio es pequena en comparacion con otros metales o aleaciones y la mayor parte del titanio actualmente producido es para uso en las industrias aeroespaciales. Sin embargo, otras industrias han encontrado dificultades en el suministro del material que requieren y han encontrado ademas indeseable mantener una gran provision de una gama de diferentes aleaciones de titanio como resultado del alto precio del titanio.

Los cermets se han disenado de modo que muestren caractensticas tanto de componentes ceramicos como metalicos. A este respecto, el componente ceramico puede contribuir a una resistencia a alta temperatura y dureza, mientras que el componente metalico puede contribuir a la deformacion plastica. Los cermets han encontrado uso en la industria electronica (en la fabricacion de resistores y condensadores) juntas y sellos ceramica a metal, asf como en aplicaciones medicas, tal como odontologfa.

El moldeo por inyeccion de polvo (MIP) es un metodo bien conocido para producir composiciones a medida (vease, por ejemplo, “Injection Molding of Metals and Ceramics" por Randall M. German y Animesh Bose, MPIF Publishers, 1997 (ISBN No. 1-878-954-61-X), que se incorpora al presente documento por referencia en su totalidad para todos los fines). En general, el MIP implica mezclar un polvo y un aglutinante para formar una carga de alimentacion, que despues se granula y moldea por inyeccion para formar un cuerpo “verde”. El cuerpo verde se transforma despues a un cuerpo “marron” eliminando el aglutinante. El proceso de desaglutinacion puede ser termico, el aglutinante se puede eliminar por extraccion con solvente, o una combinacion de ambos metodos. Independientemente del metodo por el que se genera el cuerpo marron, el paso final del proceso implica sinterizar para producir lo que se conoce como un cuerpo “blanco”.

Una desventaja asociada con el MIP en relacion a polvos que tienen una afinidad para reaccionar con gases del proceso (tal como hidrogeno, oxfgeno o nitrogeno) es la necesidad para el mantenimiento de un alto nivel de pureza a lo largo del proceso de fabricacion. Dependiendo del polvo de metal que se procesa, un mal control de los gases del proceso y excursiones de temperatura pueden producir la formacion de niveles indeseables de, por ejemplo, impurezas de oxido, nitruro o hidruro en los cuerpos metalicos sinterizados. Usando el caso de MIP de titanio como un ejemplo, se sabe bien que la formacion de oxidos, nitruros o hidruros de titanio se puede producir en las condiciones de temperatura usadas durante el procesamiento por MIP y en presencia de, respectivamente, oxfgeno, nitrogeno o hidrogeno. Se ha observado que la presencia de elementos de aleacion intersticiales puede tener grandes efectos en las propiedades de las aleaciones y, como tal, se especifican cuidadosamente en las composiciones de aleaciones estandar (vease, por ejemplo, "Titanium and Titanium Alloys" en Kirk-Othmer: Encyclopaedia of Chemical Technology, 4a Edicion, Vol. 24, pg 186-224, que se incorpora en el presente documento mediante referencia en su totalidad para todos los fines).

Una segunda desventaja asociada con el MIP es que la presencia de cantidades relativamente grandes de material organico en los cuerpos verdes, requerido ya que el aglutinante efectua operaciones de moldeo eficaces y reproducibles, puede producir niveles indeseables de impurezas basadas en carbono en los cuerpos sinterizados finales. El uso de composiciones aglutinantes inadecuadas y/o de mal control del proceso durante las fases de desaglutinacion y sinterizacion puede producir la eliminacion incompleta del material aglutinante, que se puede quedar atrapado en el cuerpo sinterizado, final. En el caso de titanio y aleaciones de titanio, por ejemplo, la presencia de impurezas de carbono habitualmente se especifica a un bajo nivel, tfpicamente menor del 0,1%, para evitar la aparicion de una fase de carburo fragil y solida a niveles mayores del 0,2% en la aleacion (vease, por ejemplo, la lista internacional ASTM de estandares de aleacion de titanio, que se incorpora al presente documento mediante referencia en su totalidad para todos los fines).

Ademas de la posibilidad de formulaciones aglutinantes que generan impurezas basadas en carbono en los cuerpos blancos, la interaccion entre la seleccion de una formulacion aglutinante y las condiciones de proceso para la eliminacion del aglutinante pueden causar la formacion de impurezas indeseables adicionales basadas en oxfgeno, hidrogeno o nitrogeno en los cuerpos sinterizados finales. Por ejemplo, las tablas II y III en "Getting better: big boost for titanium MIM prospects" por S. Froes (en Metal Powder Report Volumen 61, Numero 11, Diciembre 2006, paginas 20-23, que se incorpora al presente documento mediante referencia en su totalidad para todos los fines)

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respectivamente enumeran una seleccion de composiciones aglutinantes de MIP de aleacion de titanio y las propiedades de las aleaciones sinterizadas producidas usando esas composiciones, principalmente en procesos a escala de laboratorio. La mayor parte de los procesos de desaglutinacion implican procesos termicos o basados en solvente, o, en algunas ocasiones, una combinacion de ambos. Mientras que se ha mostrado que los procesos basados en solvente pueden producir cuerpos de titanio sinterizado con bajos niveles de impurezas, se producen volumenes de solvente contaminado como corrientes de desecho que requieren el manejo y la eliminacion posteriores. Es evidente de una revision de estas tablas que conseguir componentes de aleacion sinterizados con niveles estandar de ASTM de impurezas permanece un reto para muchos practicantes.

En lo que se refiere a los procesos de desaglutinacion termicos, se entiende que estos tipos de procesos anulanan los problemas asociados con la eliminacion de efluente lfquido. Sin embargo, como comenta Froes en el artfculo anteriormente referenciado, incluso esos aglutinantes polimericos que se sabe que facilmente “se separan” termicamente en sus monomeros iniciales aun pueden dejar residuos indeseables en cuerpos MIM de titanio sinterizado. La despolimerizacion, o separacion, tiende a producirse a temperaturas cercanas a esas donde la absorcion de impurezas se convierte en no despreciable, que se sugiere que esta en o por encima de 260°C para componentes que comprenden titanio.

El documento US20080199822 (a BASF) describe un aparato para la eliminacion catalttica continua de aglutinante de cuerpos metalicos y/o ceramicos con forma producidos por moldeo por inyeccion de polvo. El proceso implica el uso de acido mtrico gaseoso que reacciona con el aglutinante. Sin embargo, el documento US20080199822 mantiene silencio con respecto a la reduccion del contenido en carbono y/u oxfgeno que se produce como resultado de residuos de aglutinante que permanecen en las partes marrones. Ni tampoco parece que el documento US20080199822 describa el mantenimiento de un buen nivel de pureza a lo largo del proceso de MlP.

La presente invencion busca superar las desventajas mencionadas anteriormente. En particular, se ha encontrado que la presencia de un metal del grupo del platino en una composicion de carga de alimentacion puede producir la fabricacion de cuerpos sinterizados finalizados que tienen menores concentraciones de impurezas que cuerpos similares formados sin la inclusion del metal del grupo del platino. Segun esto, la invencion proporciona un metodo de controlar el contenido en carbono y/u oxfgeno en un material que comprende los pasos de:

a) formar una composicion de carga de alimentacion que comprende al menos un polvo, al menos un metal del grupo del platino y al menos un aglutinante; y

b) formar el material mediante moldeo por inyeccion de polvo

en donde al menos una proporcion del carbono y/u oxfgeno se elimina catalfticamente por el al menos un metal del grupo del platino,

en donde la eliminacion catalftica se induce termicamente,

y en donde la eliminacion catalftica se produce en un atmosfera oxidante que comprende oxfgeno o una atmosfera reductora que comprende hidrogeno.

En una forma de realizacion, la invencion proporciona un metodo de controlar el contenido en carbono en un material. En una forma de realizacion preferida, el contenido en carbono se controla a un nivel de <0,1% en peso de carbono en el cuerpo sinterizado final.

En otra forma de realizacion, la invencion proporciona un metodo de controlar el contenido en oxfgeno en un material. En una forma de realizacion preferida, el contenido en oxfgeno se controla a un nivel de <0,3% en peso de oxfgeno en el cuerpo sinterizado final.

En aun otra forma de realizacion, la invencion proporciona un metodo de controlar el contenido en carbono y oxfgeno en un material.

El material puede ser una aleacion y, a este respecto, el polvo de la composicion de la carga de alimentacion sera, por tanto, metalico y preferiblemente comprende al menos uno de titanio, molibdeno, tungsteno, mquel o hierro. Cuando el polvo comprende un unico metal, se prefiere titanio (por ejemplo, titanio comercialmente disponible). Cuando el polvo comprende mas de un metal en la forma de una o mas aleaciones, se prefieren aleaciones de titanio (por ejemplo, Ti-6Al-4V) o aleaciones de hierro (por ejemplo, acero y, en particular, acero inoxidable). En una forma de realizacion particularmente preferida, el polvo comprende al menos un metal reactivo. En una forma de realizacion especialmente preferida, el polvo comprende titanio o aleaciones de titanio. Alternativamente, el polvo puede comprender una mezcla de metales.

Cuando el material es una aleacion y el polvo comprende al menos un metal, el proceso de MIP se conoce como moldeo por inyeccion de polvo de metal o moldeo por inyeccion de metal (MlM). En una forma de realizacion preferida, por tanto, el material se forma por moldeo por inyeccion de metal.

En una forma de realizacion alternativa, el material es un cermet. A este respecto, una proporcion del polvo de la composicion de la carga de alimentacion sera ceramico y preferiblemente comprende al menos uno de silicio,

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circonio, aluminio, itrio, cerio, titanio o tungsteno. El ceramico puede comprender uno o mas carburos, boruros u oxidos, por ejemplo, oxido de silicio, oxido de aluminio, oxido de circonio, carburo de silicio, carburo de tungsteno, carburo de titanio u oxido de titanio.

Adecuadamente, el polvo comprende partfculas que pueden ser sustancialmente esfericas, irregulares o una combinacion de las mismas.

El metal del grupo del platino se puede seleccionar del grupo que consiste en al menos uno de platino, paladio, rodio, rutenio, iridio y osmio. Mas preferiblemente, el metal del grupo del platino se selecciona del grupo que consiste en al menos uno de platino, paladio, rodio, rutenio e iridio, e incluso mas preferiblemente del grupo que consiste en al menos uno de platino y paladio. Un metal del grupo del platino particularmente preferido es paladio (por ejemplo, negro de paladio).

El metal del grupo del platino puede estar presente en cualquier cantidad adecuada, Por ejemplo, el metal del grupo del platino tfpicamente puede estar presente en un intervalo desde aproximadamente el 0,01% en peso hasta aproximadamente el 50% en peso en el cuerpo sinterizado final. Tfpicamente, el metal del grupo del platino esta presente en el intervalo desde aproximadamente el 0,01% en peso hasta aproximadamente el 0,25% en peso para aleaciones de titanio segun los estandares ASTM.

La composicion de carga de alimentacion puede ser una mezcla del polvo, el metal del grupo del platino y el aglutinante. A este respecto, el polvo, el metal del grupo del platino y el aglutinante se pueden combinar en cualquier orden adecuado.

Alternativamente, el metal del grupo del platino se puede depositar sobre el polvo antes de la formacion de la composicion de la carga de alimentacion. A este respecto, el metal del grupo del platino se puede depositar sobre el polvo por molido de bolas de baja energfa, enchapado no electrolftico, deposito qrnmico reductor o usando fuerzas centnfugas asimetricas duales. Preferiblemente, el metal del grupo del platino se deposita sobre el polvo usando fuerzas centnfugas asimetricas duales.

Mediante “fuerzas centnfugas asimetricas duales” se quiere decir que dos fuerzas centnfugas, con un angulo entre sf, se aplican simultaneamente a las partfculas. Para crear un medio ambiente de mezcla eficaz, las fuerzas centnfugas preferiblemente rotan en direcciones opuestas. El Speedmixer™ de Haurschild (
http://www.speedmixer.co.uk/index.php), utiliza este metodo de rotacion dual por el cual el motor del Speedmixer™ rota la placa base de la unidad mezcladora en la direccion de las agujas del reloj (vease la figura 1A) y el cesto se centrifuga en una direccion contraria a las agujas del reloj (veanse las figuras 1B y 1C).

Cuando el polvo comprende partfculas sustancialmente esfericas, las partfculas mantienen su forma durante el proceso de recubrimiento de alta energfa. La produccion de partfculas recubiertas sustancialmente esfericas es ventajosa porque la fluidez de las partfculas recubiertas mejora, lo que ayuda en el procesamiento posterior. Mientras que no se quiere estar unido por ninguna teona, se cree que el proceso de recubrimiento produce un cambio ffsico en las partfculas primarias y secundarias por el cual las partfculas se unen ffsicamente.

El proceso de recubrimiento puede estar controlado por varios parametros incluyendo la velocidad de rotacion a la que el proceso tiene lugar, la duracion del tiempo de procesamiento, el nivel al que el recipiente de mezcla se llena y/o el uso de medios de molido.

Las fuerzas centnfugas asimetricas duales se pueden aplicar durante un periodo de tiempo continuo, Mediante “continuo” se quiere decir un periodo de tiempo sin interrupcion. Preferiblemente, el periodo de tiempo es de aproximadamente 1 segundo hasta aproximadamente 10 minutos, mas preferiblemente desde aproximadamente 5 segundos hasta aproximadamente 5 minutos y lo mas preferiblemente desde aproximadamente 10 segundos hasta aproximadamente 1 minuto. Un periodo de tiempo especialmente preferido es 20 segundos.

Alternativamente, las fuerzas centnfugas asimetricas duales se pueden aplicar durante un periodo de tiempo agregado. Mediante “agregado” se quiere decir la suma o total de mas de un periodo de tiempo. La ventaja de aplicar las fuerzas centnfugas de una manera escalonada es que se puede evitar el calentamiento excesivo del polvo y el metal del grupo del platino. Las fuerzas centnfugas asimetricas duales preferiblemente se aplican durante un periodo agregado de aproximadamente 1 segundo hasta aproximadamente 10 minutos, mas preferiblemente desde aproximadamente 5 segundos hasta aproximadamente 5 minutos y lo mas preferiblemente desde aproximadamente 10 segundos hasta aproximadamente 1 minuto. El numero de veces (por ejemplo, 2, 3, 4, 5 o mas veces) en el que las fuerzas centnfugas asimetricas duales se aplican dependera de la naturaleza del polvo y el metal del grupo del platino. Por ejemplo, cuando el polvo comprende titanio, la aplicacion escalonada de las fuerzas centnfugas minimiza el calentamiento de las partfculas minimizando de esta manera el riesgo de oxidacion y/o combustion. En una forma de realizacion particularmente preferida, las fuerzas centnfugas asimetricas duales se aplican de una manera escalonada con periodos de refrigeracion entre ellos.

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Preferiblemente, la velocidad de las fuerzas centnfugas asimetricas duales es desde aproximadamente 200 rpm hasta aproximadamente 3000 rpm. Mas preferiblemente, la velocidad es desde aproximadamente 300 rpm hasta aproximadamente 2500 rpm. Incluso mas preferiblemente, la velocidad es desde aproximadamente 500 rpm hasta aproximadamente 2000 rpm.

El nivel al que el recipiente de mezcla se llena esta determinado por varios factores que seran aparentes para el experto en la materia. Estos factores incluyen la densidad aparente del polvo y el metal del grupo del platino, el volumen el recipiente de mezcla y las restricciones de peso impuestas en el mezclador mismo.

Cuando el polvo es metalico, el recubrimiento del polvo con el metal del grupo del platino se puede ayudar usando medios de molido. Los medios de molido usan friccion e impacto para romper las partfculas secundarias y recubrir eficazmente la superficie de las partfculas primarias. Los medios deben ser duros y no contaminantes. Preferiblemente, el medio de molido es un material ceramico, tal como ZrO2. Sin embargo, otros materiales ceramicos, por ejemplo, AhO3 o TiO2, tambien son adecuados, siempre que sean lo suficientemente duros. Si se deja un residuo, debe ser benigno.

Cuando el polvo es ceramico, las partfculas mismas actuan como medio de molido.

En una forma de realizacion, el polvo tiene partfculas con un diametro medio de aproximadamente <2000 pm, mas preferiblemente aproximadamente <1500 pm e incluso mas preferiblemente, aproximadamente <1000 pm. En una forma de realizacion, las partfculas tienen un diametro medio especialmente preferido desde aproximadamente 1 pm hasta aproximadamente 45 pm cuando el polvo comprende titanio.

Preferiblemente, el metal del grupo del platino pueden ser cristalitas unicas o un aglomerado de muchas cristalitas mas pequenas. Sin embargo, las partfculas secundarias no necesitan ser sustancialmente de forma esferica.

El recubrimiento del metal del grupo del platino sobre las partfculas de polvo puede ser en forma de una pelfcula o en forma de partfculas discretas. El grado de cobertura dependera de la ductilidad del metal del grupo del platino, la duracion de tiempo permitido para el proceso de recubrimiento y/o la cantidad de metal del grupo del platino presente, por ejemplo, se puede anadir paladio a aleaciones de titanio en una proporcion desde aproximadamente el 0,05% hasta aproximadamente el 0,25%, por ejemplo, desde aproximadamente el 0,05% hasta aproximadamente el 0,2%, que son reconocibles como los niveles de adicion en los grados de Ti ASTM/ASME 7, 11, 16, 17, 18, 20, 24 y 25. La cantidad de metal del grupo del platino tambien puede afectar a una o mas propiedades de una aleacion deseada o cermet posteriormente formado. Por ejemplo, cuando la cantidad de Pd aumenta en una aleacion Pd/Ti, la resistencia a la corrosion a soluciones que contienen cloruro (tal como agua salada) mejora.

Independientemente del metodo por el que se incorpora el metal del grupo del platino a la composicion de carga de alimentacion, el metal del grupo del platino preferiblemente se distribuye por toda la composicion de carga de alimentacion sustancialmente de forma homogenea (por ejemplo, al recubrir el polvo antes de la formacion de la composicion de carga de alimentacion o al mezclarlo por completo con el polvo y el aglutinante durante la preparacion de la composicion de carga de alimentacion. La distribucion sustancialmente homogenea esta, por tanto, preferiblemente presente en los cuerpos sinterizados “verdes”, “marrones” y finales.

El aglutinante puede ser cualquier aglutinante adecuado compatible con MIP. La ciencia del uso de aglutinantes y el proceso por el cual se produce la eliminacion del aglutinante estan bien documentados, por ejemplo en “Injection Molding of Metals and Ceramics" por Randall M. German y Animesh Bose, MPIF Publishers, 1997 (ISBN No. 1-878- 954-61-X), que se incorpora al presente documento por referencia en su totalidad para todos los fines. La tabla 4.3 en la pagina 91 de la referencia anterior enumera 24 formulaciones aglutinantes de ejemplo, muchas que emplean componentes tales como acido estearico, glicerina, poli(metacrilato de metilo), cera de parafina o cera carnauba. Un aglutinante particularmente preferido es el aglutinante desarrollado por Egide UK.

La temperatura a la que se forma el cuerpo marron (es decir, la temperatura de desaglutinacion) puede ser cualquier temperatura adecuada.

Sin querer estar unido a ninguna teona, se cree que el contenido en carbono en los cuerpos sinterizados finales deriva de residuos del aglutinante que permanece en los cuerpos marrones desaglutinados y se quedan atrapados durante el proceso de sinterizacion. Ademas, el contenido en oxfgeno en los cuerpos sinterizados finales se puede originar de mas de una fuente, por ejemplo, de las pelfculas de oxido de la superficie presentes en el polvo original, de los gases oxidantes presentes durante el procesamiento por MIP y/o de los materiales aglutinantes organicos, algunos de cuales tienen oxfgeno como uno de sus componentes elementales. A este respecto, se cree ademas que el control del contenido en carbono y/u oxfgeno segun la presente invencion procede a traves de una eliminacion catalttica de al menos una proporcion del aglutinante y/o de los componentes del aglutinante residual resultantes del proceso de separacion. Como tal, el proceso global de desaglutinacion se produce como resultado de una combinacion de separacion y el proceso de eliminacion catalftica. La cantidad de aglutinante y/o componentes residuales del aglutinante eliminados cataltticamente puede variar con un numero de parametros, que incluyen, pero no estan limitados a, la composicion inicial del aglutinante, la cantidad y distribucion del metal del grupo del platino,

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las condiciones de procesamiento termico seleccionadas y el gas de proceso usado para realizar la eliminacion del aglutinante.

La eliminacion catalftica se induce termicamente. Por ejemplo, la eliminacion catalftica termicamente inducida se puede producir durante la desaglutinacion termica, sinterizacion (siempre que un gas de proceso adecuado este presente durante al menos una proporcion del tiempo durante el proceso de sinterizacion) o una combinacion de los mismos. El contenido en carbono y/u oxfgeno tambien se puede controlar ademas durante las fases de tratamiento con calor aumentando la temperatura y/o regulando los gases de proceso utilizados.

La eliminacion catalftica se produce en una atmosfera que comprende al menos un gas reactivo. En este caso, el gas reactivo ayuda en la eliminacion del aglutinante y/o residuos de aglutinante.

La eliminacion catalftica se puede producir en una atmosfera oxidante que comprende oxfgeno (por ejemplo, aire). En estas formas de realizacion, la eliminacion catalftica es un proceso de oxidacion catalftica.

Alternativamente, la eliminacion catalftica se puede producir en una atmosfera reductora que comprende hidrogeno. En esta forma de realizacion el experto en la materia reconocera que el gas de proceso utilizado se debe seleccionar de modo que sea compatible con el material que se forma. A este respecto, el hidrogeno en general no se considera adecuado para uso en el procesamiento a temperatura elevada de aleaciones de titanio ya que puede producir niveles indeseables de formacion de hidruros. En esta forma de realizacion, la eliminacion catalftica es un proceso de reduccion catalftica.

La eliminacion catalftica termicamente inducida puede tener lugar a una o mas temperaturas adecuadas. Sin embargo, independientemente de la temperatura o temperaturas a la que se produzca la eliminacion catalftica, es deseable que la temperatura o temperaturas seleccionada(s) esten por encima de la adecuada para la iniciacion de la eliminacion catalftica y por debajo de la que se reconoce que produce la absorcion significativa de impurezas en el material particular que se prepara.

Es posible producir nuevas aleaciones y cermets por el metodo de la presente invencion. Se cree que la capacidad de generar un material a medida con propiedades requeridas (por ejemplo, resistencia a la corrosion y propiedades mecanicas) fomentana el uso de esos materiales y, en particular, el uso de aleaciones, tal como aleaciones de titanio. Tambien es posible producir cermets o aleaciones mas puros de grados conocidos (por ejemplo, composiciones de aleaciones de titanio como se enumeran en la lista internacional ASTM de grados estandar de aleaciones). Independientemente de la composicion real del material final, un inventario de diferentes polvos y metales del grupo del platino facilita la fabricacion de artfculos en una gama mas amplia de aleaciones o cermets. Esto es particularmente ventajoso para la fabricacion de artfculos pequenos, intrincados que no se fabrican a granel y por tanto normalmente no se pueden beneficiar de econoirftas de escala.

La invencion se ilustra mediante las figuras acompanantes en las que:

La figuras 1A-C ilustran como se aplican las fuerzas centnfugas a las partfculas en el Speedmixer™. La figura 1A es un vista desde arriba que muestra la placa base y el cesto. La placa base rota en la direccion de las agujas del reloj.

La figura 1 B es una vista lateral de la placa base y cesto.

La figura 1C es una vista desde abajo a lo largo de la lrnea A en la figura 1B. El cesto rora en una direccion contraria a las agujas del reloj.

La figura 2 es una imagen de electrones retrodispersados de 10 g de polvo de titanio (<45 pm) recubierto con paladio al 0,2% en peso. Las fuerzas centnfugas asimetricas duales se aplicaron durante 20 segundos a 1000 rpm y 20 segundos a 2000 rpm.

La figura 3 es una imagen de electrones retrodispersados de 150 g de polvo de titanio (<45 pm) recubierto con paladio al 0,2% en peso. Las fuerzas centnfugas asimetricas duales se aplicaron durante 3 x 20 segundos a 2000 rpm.

La figura 4 es un grafico que ilustra el carbono residual que permanece en muestras termicamente desaglutinadas en aire y sinterizadas a 1350°C.

La figura 5 es un grafico que ilustra los niveles de oxfgeno residual en muestras termicamente desaglutinadas en aire y sinterizadas a 1350°C.

La figura 6 es un grafico que ilustra el comportamiento de corrosion de una aleacion solida CPTi + Pd al 0,2% en peso hecha segun el metodo de la presente invencion con la de grados de titanio forjados (grado 2 (CPTi) y grado 7 (Pd-0,2Ti)).

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La invencion se ilustra ademas mediante referencia a los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos Ejemplo 1

Se mezclaron polvo de CPTi y Ti6Al4V (<45 um, esferico) de Advances Powders & Coatings, Canada, cada uno con una formulacion aglutinante comercial desarrollada por Egide UK, Woodbridge, Suffolk. El mezclado se llevo a cabo usando un mezclador de palas en Z de Winkworth Ltd. durante un periodo de una hora para asegurar una carga de alimentacion homogenea. Despues de mezclar, la carga de alimentacion se proceso adicionalmente en la forma granular usada en el proceso de moldeo por inyeccion.

Ejemplo 2

Se mezclaron los polvos anteriormente mencionados y aglutinante organico como en el ejemplo 1, con la inclusion adicional de una cantidad de negro de paladio (Alfa Aesar), de modo que el negro de Pd formaba aproximadamente el 0,2% en peso de la cantidad de polvo de titanio o aleacion de titanio presente en la mezcla de la carga de alimentacion.

A los componentes moldeados hechos usando las cargas de alimentacion preparadas por el metodo esbozado en este ejemplo se les denominan de aqrn en adelante como que tienen un contenido en Pd “mezclado”.

Ejemplo 3

En un paso anterior a la preparacion de la carga de alimentacion, los polvos de CPTi y Ti6Al4V (como anteriormente) se recubrieron primero en paladio, usando la tecnica de fuerzas centnfugas asimetricas duales. Para este ejemplo, el paladio usado para el recubrimiento estaba en la forma de negro de paladio.

Se anadio una cantidad de negro de paladio de modo que formara aproximadamente el 0,2% en peso de la cantidad de titanio o aleacion de titanio que se recubre. Se tomaron medidas de dispersion y fotograffas de MEB para asegurar una distribucion homogenea del Pd en la superficie de los polvos de Ti (veanse las figuras 2 y 3).

Dichos polvos recubiertos se mezclaron posteriormente con la formulacion aglutinante y se granularon, como se ha esbozado anteriormente. Los componentes moldeados hechos usando las cargas de alimentacion preparadas por el metodo esbozado en este ejemplo de denominan de aqrn en adelante como que tienen el contenido de Pd “recubierto en superficie”.

Ejemplo 4

Las cargas de alimentacion en polvo de metal granuladas, formuladas en los ejemplos 1-3, se compactaron en partes moldeadas “verdes”, cada una es compleja en diseno pero tiene un volumen total aproximado de 5 cm3, usando una maquina de moldeo por inyeccion Arburg Allrounder 270 Centex 40 Ton. Las condiciones de la maquina se adaptaron para asegurar el llenado eficaz y completo del molde y la expulsion limpia de las partes moldeadas.

Ejemplo 5

Para eliminar la mayor parte de la fase aglutinante antes del proceso de sinterizacion termica, las partes “verdes” moldeadas producidas en el ejemplo 4 se sometieron a un proceso de tratamiento termico. Las partes “verdes” se mantuvieron en una atmosfera que contema oxfgeno en un compartimento calentado, bien ventilado (Genlab - horno a medida). El ciclo termico total continuo durante un periodo de mas de 24 horas.

Durante este paso de procesamiento, la mayona de la fase aglutinante se elimino de las partes “verdes” moldeadas, produciendo componentes “desaglutinados” fragiles tambien conocidos comunmente como partes “marrones”. Al final del proceso termico las partes “marrones” se examinaron para sus contenidos residuales en carbono y oxfgeno. Las figuras 4 y 5 ilustran el carbono y oxfgeno residuales que quedan en muestras desaglutinadas en aire.

Ejemplo 6

Las partes “marrones” fragiles producidas en el ejemplo 5 se sinterizaron usando un ciclo termico en un horno de vacfo a alta temperatura (Centorr Vacuum Industries MIM-Vac M200 horno de desaglutinacion y sinterizacion de vado/atmosfera controlada, Serie 3570). Durante el curso del proceso de sinterizacion total y el ciclo termico asf empleado, es posible y algunas veces deseable introducir corrientes de gas en el horno de sinterizacion en ciertos puntos en el ciclo. Por ejemplo, hidrogeno, nitrogeno, argon u oxfgeno pueden estar todos presentes en algun punto en el proceso de sinterizacion termica global. En el caso mostrado en este ejemplo, se introdujo una pequena purga de gas argon, tfpicamente 1-20 l/min, que primero se limpio de oxfgeno usando metodos estandar.

La temperatura pico experimentada durante el proceso esbozado en este ejemplo fue 1350°C durante un periodo de una hora, aunque tal proceso de sinterizacion es claramente posible usando una gama de valores adecuados para temperatura y tiempo de tal manera que se logra el proceso de sinterizacion de polvo.

5 Despues de que se completara el proceso de sinterizacion, las partes ahora de aspecto metalico se examinaron para su contenido en carbono y oxfgeno (London & Scandinavian Metallurgical Laboratories, Sheffield). Los valores tipicos para partes de titanio y aleacion de titanio que han experimentado los procesos esbozados en estos ejemplos se muestran en las figuras 4 y 5.

10 Ejemplo 7

El comportamiento de corrosion de una aleacion solida CPTi + Pd al 0,2% en peso, hecha segun los procesos de moldeado por inyeccion de metal en los ejemplos 1-6, se comparo con el de grados de titanio forjado (grado 2 (CPTi) y grado 7 (Pd-0,2Ti) - ambos de Timet UK Ltd.). Se midieron las curvas de polarizacion en superficies molidas a 15 1200 granos, lavadas en agua desionizada, enjuagadas en etanol y despues secadas. Los ensayos se realizaron en

150 ml de HCl 2 M a 37°C inmediatamente despues de limpiar la superficie.

Las curvas de polarizacion, mostradas en la figura 6, se midieron despues de 30 minutos de inmersion a potencial de circuito abierto. Los barridos se llevaron a cabo desde -200 mV a +700 mV, relativo al potencial de circuito 20 abierto, a 1 mV/segundo. Las pruebas se llevaron a cabo usando un electrodo de calomelano saturado (SCE) como el electrodo de referencia y alambre de Pt como el contraelectrodo.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de controlar el contenido en carbono y/u oxfgeno en un material que comprende los pasos de:

a) formar una composicion de carga de alimentacion que comprende al menos un polvo, al menos un metal del grupo del platino y al menos un aglutinante, y

b) formar el material por moldeo por inyeccion de polvo;

en donde al menos una proporcion del carbono y/u oxfgeno se elimina cataltticamente por el al menos un metal del grupo del platino,

en donde la eliminacion catalftica se induce termicamente,

y en donde la eliminacion catalftica se produce en una atmosfera oxidante que comprende oxfgeno o en una atmosfera reductora que comprende hidrogeno.
2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde la composicion de carga de alimentacion es una mezcla del polvo, el metal del grupo del platino y el aglutinante.
3. Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde el metal del grupo del platino se deposita sobre el polvo.
4. Un metodo segun la reivindicacion 3, en donde el metal del grupo del platino se deposita sobre el polvo por molido de bolas de baja energfa, enchapado no electrolftico, deposito qmmico reductor o usando fuerzas centnfugas asimetricas duales.
5. Un metodo segun la reivindicacion 3 o la reivindicacion 4, en donde el recubrimiento esta en la forma de una pelfcula o en la forma de partfculas discretas.
6. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el polvo comprende al menos uno de titanio, molibdeno, tungsteno, mquel o hierro.
7. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el polvo comprende al menos uno de silicio, circonio, aluminio, itrio, cerio, titanio o tungsteno.
8. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el metal del grupo del platino se selecciona del grupo que consiste en al menos uno de platino, paladio, rodio, rutenio, iridio y osmio.
9. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material es una aleacion o un cermet.
10. Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde la eliminacion catalftica termicamente inducida se produce durante la desaglutinacion termica, sinterizacion o una combinacion de las mismas.
11. Un metodo segun la reivindicacion 10, en donde el contenido en carbono y/u oxfgeno se controla ademas regulando los gases del proceso.