ES2579431T3

ES2579431T3 - Elemento de resistencia eléctrica

Info

Publication number: ES2579431T3
Application number: ES06114464.8T
Authority: ES
Inventors: Mats Sundberg
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2020-05-04
Also published as: ES2548561T3; SE9901827D0; JP2003500812A; WO2000071768A1; JP3949894B2; SE9901827L; SE520251C2; EP1198600B1; CN1350598A; CN1117169C; AU774202B2; US6563095B1; BR0010352A; KR20020012196A; EP1710217A1; KR100683548B1; EP1710217B1; AU4962700A; EP1198600A1

Abstract

Utilización de un elemento de resistencia eléctrica para sinterización de polvo metálico en particular, en hornos de sinterización de bajo potencial de oxígeno o atmósferas de bajo punto de rocío, en el que dicho elemento de resistencia eléctrica consiste principalmente en una fase de siliciuro y en el que Mo está parcialmente sustituido con W para formar una fase siliciuro de acuerdo con la fórmula Mo1-yWy(Si1-xAlx)2, formando dicha fase alúmina sobre la superficie del elemento y en el x están comprendido entre 0,10 y 0,60, y está comprendido entre 0 y 0,40; y la fase de siliciuro está comprendido entre 65 y 95 por ciento en peso del peso total del elemento de resistencia, por lo que el elemento contiene además de la fase mencionada, de 0 a 40 por ciento en volumen de Al2O3.

Description

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DESCRIPCION

Elemento de resistencia electrica

La presente invencion esta relacionada con un nuevo elemento de calentamiento por resistencia electrica de tipo de molibdeno-silicio que esta pensado para usar en conexion con la sinterizacion de polvo metalico.

Los elementos de calentamiento por resistencia del tipo anteriormente mencionado existen desde la decada de 1950, por ejemplo con la marca comercial Kanthal Super. Estos elementos suelen consistir principalmente en una fase de tipo metal de MoSi2, de forma alternativa de MoxWi-xSi2, y tambien una fase oxido de tipo silicato de aluminio. Se pueden utilizar tipos de material similares a temperaturas de los elementos de hasta 1900°C en atmosfera oxidante. El documento GB 924 497 describe un elemento de este tipo que consiste en una fase siliciuro de acuerdo con la formula Mo(Sii-xAlx)2.

Lo que hace posible esta elevada temperatura de trabajo para estos materiales es, ademas del alto punto de fusion del material (superior a 2000°C), la capa de oxido de SiO2 que se formara y que rapidamente pasiva al material basico protegiendole frente a la oxidacion acelerada y que, gracias a esto, hace posible que el elemento de calentamiento tenga una larga vida util. Esta capa exterior proporciona una proteccion duradera en varias atmosferas de horno y de tratamiento termico, tales como aire, oxfgeno, gas nitrogeno/hidrogeno, amoniaco disociado, y otras. Las condiciones que a menudo limitan el uso en estas atmosferas son aquellas en las que una alta temperatura del elemento coincide a la vez con un potencial de oxfgeno demasiado bajo, de forma alternativa con un punto de rodo demasiado bajo, en la atmosfera. Lo que sucede si se superan las proporciones cnticas entre punto de rodo - temperatura del elemento es que la capa de SiO2 se vuelve inestable y, debido a ello, despues de un cierto periodo de tiempo dicha capa ya no proporciona ninguna proteccion al material base. Por ejemplo en gas hidrogeno esto sucede a una temperatura del elemento de 1300°C cuando el punto de rodo es menor que aproximadamente -30°C. Para hacer que la capa de SiO2 permanezca estable a una temperatura del elemento de 1450°C, es necesario un punto de rodo superior a +20°C, es decir, un gas hidrogeno que contenga mas del 2,3 por ciento en volumen. Las propiedades de estabilidad de la capa de SiO2 constituyen una restriccion para el uso del elemento en ciertas conexiones.

Un ejemplo de aplicacion en el que se manifiesta esta limitacion es en la sinterizacion de polvo metalico para producir acero inoxidable. Los componentes del acero inoxidable de grado AISI316L se producen sobre todo mediante compresion de polvo o, de forma alternativa, mediante moldeo por inyeccion de polvo metalico. A menudo, despues de la evaporacion del agente ligante a una baja temperatura, es necesaria una sinterizacion final en el rango de temperatura entre 1300-1360°C en atmosfera reductora. El gas reductor puede ser gas hidrogeno puro con un punto de rodo de -40°C a -60°C, valores que corresponden aproximadamente a 0,01 y 0,001 por ciento en volumen de agua, respectivamente. Es necesario obtener el bajo punto de rodo para reducir los oxidos metalicos durante el proceso de sinterizacion y para, de ese modo, producir un material con alta densidad y buenas propiedades mecanicas. En este ejemplo de aplicacion debena ser necesaria una temperatura de elemento de entre 1400 y 1550°C, dependiendo de la forma del elemento y del diseno del horno. Por consiguiente, bajo esas condiciones la capa de SO2 no es estable sobre elementos de calentamiento basados en MoSi2.

Los elementos de calentamiento que se utilizan en la actualidad en muchos hornos para sinterizacion de polvo metalico en el rango de temperatura por encima de 1250-1300°C se fabrican, sobre todo, de molibdeno, pero tambien de tungsteno. Una limitacion de este material es, ademas de su coste total relativamente alto en hornos, la necesidad de mantener a los elementos en todas las circunstancias por encima de 400°C en una atmosfera pobre en oxfgeno para evitar que se produzca esa oxidacion perjudicial del metal de molibdeno puro. Por ejemplo, esos elementos pueden resultar danados como consecuencia de fugas en los hornos u otras avenas.

Los materiales alternativos que existen para el calentamiento por resistencia electrica en estas condiciones son aleaciones y compuestos intermetalicos como FeCrAl, NiCr y MoSi2 (por ejemplo, Kanthal Super como se menciono anteriormente). Las limitaciones del material MoSi2 se describieron anteriormente. Cuando se usan en aire, FeCrAl y NiCr forman oxidos de A^O3 y Cr2O3, respectivamente, sobre la superficie. En atmosfera reductora, como gas hidrogeno seco, el rango de temperatura de uso esta limitado a aproximadamente 1400°C para FeCrAl y a 1250°C para, por ejemplo, NiCr de la marca registrada Nicrothal 80, respectivamente. En el caso de las aleaciones de NiCr el Cr2O3 no es estable por encima de esta temperatura. En el caso de FeCrAl la capa de A^O3 ciertamente permanece estable, pero la vida util del material a esta temperatura esta limitada por la cercana temperatura de fusion de aproximadamente 1500°C. De esta manera, si se debiera usar el FeCrAl para la sinterizacion de acero 316L, las necesidades de altas temperaturas de los elementos conduciran a vidas utiles muy limitadas.

Sena deseable utilizar un material que combinase la posibilidad de formar alumina sobre la superficie con una temperatura de fusion considerablemente mayor que 1500°C y que, de ese modo, si fuera necesario, se podna usar de forma alternativa en atmosfera reductora y en atmosfera oxidante. Ademas, se podnan eliminar entonces las desventajas de los elementos de molibdeno, dado que los elementos no se tienen que utilizar siempre en una atmosfera pobre en oxfgeno.

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Se ha mostrado sorprendentemente que, al alear MoSi2 con W y Al en una cantidad suficiente y tambien con una fase de alumina, se obtiene una fase de siliciuro de alumina tungsteno molibdeno, Moi-yWy(Sii-xAlx)2, la cual es estable en gas hidrogeno seco a altas temperaturas. El AhO3 formado sobre la superficie del elemento es estable en entornos reductores mientras que SO2 no lo es, de tal manera que un elemento fabricado de este material no muestra corrosion a altas temperaturas, lo que el material del documento GB 924 497 hana en entornos reductores.

El documento GB 924 497 describe un elemento de resistencia que se puede trabajar en atmosfera oxidante, lo que va en contra de la presente invencion, lo que tambien significa que un objetivo es prevenir que los atomos de aluminio reaccionen con la sflice de los medios ligantes de este material mientras se forma oxido de aluminio y silicio. La alumina es, en el elemento de ese documento, usada unicamente para medios ligantes y, en consecuencia, distribuido dentro de la mayor parte del material que no proporciona proteccion contra la corrosion.

Con esto, y debena corresponder a un valor numerico en el rango de 0-0,4, preferiblemente de 0,5-0,20. La sustitucion de Mo con W puede hacerse con estructura cristalina mantenida, C11, y de este modo incrementar la temperatura de funcionamiento del elemento de calentamiento con la composicion Moi-yWySi2. Esto se aplica, por ejemplo, para elementos de calentamiento con la marca comercial Kantahl Super 1900, que en semejanza con Kanthal Super 1800 forma SO2 sobre la superficie. Se formara un analogo de la fase C-40 incluso aleando aluminio en la sustitucion de molibdeno con tungsteno de acuerdo con Moi-yWySii-xAlx. Las fases restantes, que se pueden formar a valores de x altos en el sistema Mo-Si-Al son, por ejemplo, aluminuros de molibdeno, que aparecen en el diagrama de fase de la Figura 1, valido a 1823 K.

Con trabajo experimental en conexion con la presente invencion se demostro apropiado, que la fase de siliciuro este comprendida entre 65 y 95 por ciento en peso del peso total del elemento de resistencia, preferiblemente entre 75 y 85 por ciento en peso.

Como se ha mencionado anteriormente, ademas de la fase de siliciuro, el elemento de resistencia tambien contiene alumina.

El complemento puede consistir en SO2, de forma apropiada entre 0 y 1 por ciento en peso.

La invencion anteriormente descrita se podna utilizar tambien en otras aplicaciones de sinterizacion, en las que sea necesario un bajo potencial de oxfgeno o, de forma alternativa, un bajo punto de rodo. Esto sucede, a veces, en la sinterizacion de aleacion pesada de polvo de tungsteno, ciertos tipos de aleaciones de titanio y compuestos intermetalicos, y tambien de aceros poco aleados. Por ejemplo, la aleacion pesada W-Cu se ha sinterizado en hidrogeno a 1400°C con un punto de rodo de -36°C.

Se espera que la alumina formada, antes mencionada, sea estable hasta una temperatura de aproximadamente 1595°C, que es la temperatura eutectica en el sistema SiO2-3Al2O3'2SiO2 (mullita). Se espera que este oxido tenga propiedades frente a corrosion diferentes a las de la alumina pura. De ese modo, hasta al menos la temperatura del elemento de aproximadamente 1595°C, este material podna constituir una alternativa general a los elementos de calentamiento de tipo molibdeno.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica para sinterizacion de polvo metalico en particular, en hornos de sinterizacion de bajo potencial de oxfgeno o atmosferas de bajo punto de rodo, en el que dicho elemento de resistencia electrica consiste principalmente en una fase de siliciuro y en el que Mo esta parcialmente sustituido con W para formar una fase siliciuro de acuerdo con la formula Moi-yWy(Sii-xAlx)2, formando dicha fase alumina sobre la superficie del elemento y en el x estan comprendido entre 0,10 y 0,60, y esta comprendido entre 0 y 0,40; y la fase de siliciuro esta comprendido entre 65 y 95 por ciento en peso del peso total del elemento de resistencia, por lo que el elemento contiene ademas de la fase mencionada, de 0 a 40 por ciento en volumen de AhO3.
2. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que x esta comprendido entre 0,20 y 0,55.
3. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que y esta comprendido entre 0,05 y 0,20.
4. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase de siliciuro esta comprendida entre 75 y 85 por ciento en peso.
5. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento contiene ademas de la fase mencionada, de 10 a 20 por ciento por volumen de Al2O3.
6. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento contiene un complemento de SiO2 ademas de la fase de siliciuro mencionada y de la Al2O3 deseada.
7. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la sinterizacion de un polvo metalico que es del tipo de aleaciones basadas en hierro.
8. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la aleacion es un acero inoxidable.
9. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la designacion de la aleacion es AISI316L.
10. Utilizacion de un elemento de resistencia electrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores para otras aplicaciones de sinterizacion en las que sea necesario un bajo potencial de oxfgeno o un bajo punto de rodo.
11. Metodo para sinterizar un polvo metalico como en la reivindicacion 1, por el cual cuando una fuente de calor es un elemento de calentamiento, dicho elemento de resistencia electrica consiste principalmente en una fase de siliciuro y en el que Mo esta parcialmente sustituido por W para formar una fase de siliciuro de acuerdo con la formula Mo1-yWy(Sh-xAlx)2, formando dicha fase alumina sobre la superficie del elemento y en el x estan comprendido entre 0,10 y 0,60, y esta comprendido entre 0 y 0,40; y la fase de siliciuro esta comprendido entre 65 y 95 por ciento en peso del peso total del elemento de resistencia y dicho elemento contiene ademas de la fase mencionada, de 0 a 40 por ciento en volumen de A^O3.
12. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por que x corresponde a un valor entre 0,20 y 0,55.
13. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-12, caracterizado por que el elemento de calentamiento contiene ademas de la fase de siliciuro, incluso Al2O3 en una cantidad entre 10 y 20 por ciento en volumen.
14. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-13, caracterizado por que se aplica a la sinterizacion de polvo basado en hierro, preferiblemente acero inoxidable.
15. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-13, caracterizado por que se aplica a aplicaciones de sinterizacion en las que sea necesario un bajo potencial de oxfgeno o un bajo punto de rodo.