ES2612730T3 - Método para fabricar componentes con una aleación a base de níquel así como componentes fabricados con ella - Google Patents

Método para fabricar componentes con una aleación a base de níquel así como componentes fabricados con ella Download PDF

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Abstract

Un método para fabricar componentes con una aleación a base de níquel, en la que el recubrimiento superficial se deposita sobre un cuerpo de espuma hecho de níquel o una aleación a base de níquel recubriendo el cuerpo de espuma con un agente aglutinante y posteriormente depositando un metal en polvo, en el que el níquel está incluido con un contenido de al menos 20% en peso además de más elemento que forman aleación sobre dicho cuerpo de espuma humedecido con dicho agente aglutinante, en el que se usa un metal en polvo, en que el contenido de dicho níquel es menor que el contenido de dicho níquel en un núcleo de sustrato formado por dicha aleación a base de níquel y en el que dicho cuerpo de espuma se hace vibrar durante y/o después de depositar dicho metal en polvo y posteriormente dicho cuerpo de espuma recubierto se somete a un tratamiento térmico por etapas, en el que al principio dicho agente aglutinante se expulsa, y después de esto, se lleva a cabo sinterización de dicho metal en polvo a temperatura por encima de 1.000ºC en una atmósfera reducida o inerte durante la que aleando dicho cuerpo de espuma de níquel y/o se desarrolla un recubrimiento superficial sólido de dicha aleación a base de níquel.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para fabricar componentes con una aleacion a base de mquel as^ como componentes fabricados con ella
La invencion se refiere a un metodo para fabricar componentes con una aleacion a base de mquel.
Con esta solucion, es posible la fabricacion de la mayona de los componentes de formas diferentes en varias geometnas tridimensionales. Los componentes, as^ fabricados, tambien pueden representar estructuras porosas o pueden comprender tales estructuras porosas.
Con las aleaciones a base de mquel que son conocidas per se, se pueden fabricar diferentes componentes, esto se puede lograr principalmente con los metodos de formado conocidos. Asf, tales componentes se pueden fabricar como partes de molde que posteriormente se pueden trabajar en fno o trabajar en caliente, segun sea el caso.
En particular durante tal tratamiento de formado por cortado, sin embargo, aparecen problemas debido a las propiedades mecanicas de tales aleaciones a base de mquel. Ademas, se ha propuesto modificar componentes fabricados con mquel por medio de metodos de sinterizado, en los que la formacion de una disolucion solida o la formacion de fases intermetalicas (preferentemente de NiAl) se debenan lograr mediante sinterizacion para lograr una mejora de tales componentes.
Sin embargo, particularmente en esta forma, las propiedades termales de tales componentes se debenan mejorar simplemente, y como resultado las propiedades mecanicas no han mejorado en la forma deseada.
La patente WO03/033192 A2 se refiere a un proceso para la produccion de cuerpos porosos sinterizados. Los cuerpos producidos debenan tener propiedades mejoradas mediante el uso de un polvo sinterizado, que forma una fase intermetalica o cristales mezclados sobre una superficie de un cuerpo basico poroso.
Un proceso para fabricar una membrana porosa se describe en la patente DE2206567 C2.
Por lo tanto, es un objeto de la presente invencion determinar vfas por medio de las cuales la mayona de los componentes de forma diferente se pueden producir con aleaciones a base de mquel que comprenden mejorar propiedades mecanicas. Segun la invencion, este objeto se resuelve con un metodo que comprende las caractensticas de la reivindicacion 1. Realizaciones ventajosas y mejoras de la invencion se pueden lograr con las caractensticas descritas en las reivindicaciones subordinadas.
Para la produccion de componentes con una aleacion a base de mquel, el procedimiento segun la invencion tiene lugar de modo que se proporciona un nucleo de sustrato que consiste en mquel puro o una aleacion a base de mquel con un recubrimiento superficial al menos en areas. El recubrimiento superficial se forma a partir de un agente aglutinante asf como a partir de metal en polvo. El metal en polvo a emplear segun la invencion incluye elementos adicionales que forman aleacion que se indicaran posteriormente, ademas de un contenido de al menos 20% en peso de mquel.
El metal en polvo a emplear segun la invencion puede ser un polvo de la respectiva aleacion a base de mquel pero tambien una mezcla de polvo de los respectivos elementos que forman aleacion con el mquel que preferentemente se ha sometido a granulado de alta energfa.
Segun la invencion, el nucleo de sustrato proporcionado con el recubrimiento superficial se somete posteriormente a tratamiento termal en etapas. En esa ocasion, en una primera etapa el agente aglutinante se expulsa del recubrimiento superficial. Posterior a la expulsion del agente aglutinante se logra sinterizar metal en polvo. Durante la sinterizacion, se desarrolla fusion sinterizada de un nucleo de sustrato de mquel y/o un recubrimiento superficial solido formado por una aleacion a base de mquel.
En el caso de si se emplea un nucleo de sustrato hecho de aleacion a base de mquel como un producto semiterminado, el contenido de mquel que se incluye en el metal en polvo debena ser menor que el contenido de mquel en el material del nucleo de sustrato.
El tratamiento termico, sin embargo, al menos tal sinterizacion debena llevarse a cabo a temperaturas por encima de 1.000°C y en una atmosfera reducida o inerte, pero preferentemente en una atmosfera de nitrogeno.
Como el nucleo de sustrato tal cual se puede emplear el que ya tiene significativamente la forma geometrica de los componentes que finalmente se fabrican de modo que se permite abstenerse completamente del formado final a maquina o simplemente se requiere por consiguiente minima formacion a maquina.
Sin embargo, con la solucion segun la invencion, los nucleos de sustrato estan en la forma de productos porosos semiterminados que tienen preferentemente una estructura porosa que puede denotar tambien cuerpos espumosos.
Con la produccion de tales estructuras de cuerpos espumosos porosos el recubrimiento superficial se debena desarrollar con una suspension/dispersion que se hace con el agente aglutinante, metal en polvo y un disolvente adicional, segun sea el caso, o se hace de un lfquido.
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Por supuesto, tambien es posible depositar tal suspension/dispersion bajo los nucleos de sustrato no porosos.
Tales nucleos de sustrato que tienen una estructura porosa se deja que se sumerjan completamente en tal suspension/dispersion, y posteriormente tal nucleo de sustrato cargado con suspension/dispersion se deja comprimir para eliminar la suspension/dispersion de los poros de modo que simplemente la trama permanece humeda.
A continuacion, se puede llevar a cabo el tratamiento termico por etapas.
Sin embargo, durante la produccion los componentes en la forma de procedimiento de cuerpos espumosos porosos es tal que se puede emplear un agente aglutinante que tiene una viscosidad apropiada por medio de un disolvente, segun sea el caso, para humidificar las superficies de la estructura porosa de tal nucleo de sustrato en el que tambien se puede llevar a cabo la aplicacion de lechada para eliminar el exceso de agente aglutinante de los poros.
Posteriormente, el respectivo metal en polvo se deja depositar sobre las superficies humedas, en el que se puede lograr una distribucion mas uniforme del metal en polvo por vibracion. Despues de esto, el tratamiento termico por etapas se da otra vez.
Tambien es posible deformar los nucleos de sustrato, preferentemente los que tienen una estructura porosa, despues del desarrollo del recubrimiento superficial y antes del tratamiento termico por etapas.
Asf, por ejemplo, se puede llevar a cabo curvatura conforme al radio de curvatura mmimo definido. Asf, es posible fabricar componentes con forma de cilindro hueco o mas componentes moldeados en una forma helicoidal.
Con la solucion segun la invencion, sin embargo, tambien es posible fabricar instantaneamente materiales compuestos. En ese caso, el procedimiento es dejar estar tal cual al menos un area superficial de un nucleo de sustrato que se proporcionara con un recubrimiento superficial segun se describio anteriormente.
Despues, esta area superficial se deja que se ponga en contacto con al menos otro nucleo de sustrato, en el que en ese caso el efecto adhesivo del agente aglutinante se puede usar ventajosamente. Posteriormente a esto, el tratamiento termico tiene lugar durante un cerramiento mediante una conexion tipo fuerza adhesiva de los respectivos nucleos de sustrato que se forma despues.
Sin embargo, tambien es posible proporcionar areas superficiales de dos o varios nucleos de sustrato para conectarse juntos con cerramiento mediante fuerza adhesiva con un recubrimiento superficial y ponerlos en contacto, y despues conectar con cerramiento por fuerza adhesiva por medio del tratamiento termico.
De este modo, los materiales compuestos se pueden fabricar con geometnas complejas, que, por ejemplo, comprenden retrocesos o cavidades, sin que se requiera que se de moldeado posterior.
Sin embargo, tambien es posible fabricar materiales compuestos que se forman a partir de un nucleo de sustrato que tiene una estructura densa y un nucleo de sustrato que tiene una estructura porosa.
Los metales en polvo que se pueden emplear segun la invencion tambien pueden incluir preferentemente al menos 50% en peso de carbono, molibdeno, hierro, cobalto, niobio, titanio, aluminio, boro, circonio, manganeso, silicio y/o lantano ademas de mquel que tiene un contenido mmimo de 20% en peso.
Sin embargo, ademas de la respectiva composicion en polvo, las propiedades de los componentes fabricados segun la invencion tambien pueden cambiar de modo que el recubrimiento superficial se desarrollara de una forma diferente sobre las areas superficiales definidas de los nucleos de sustrato.
Esto esta relacionado con el respectivo espesor del recubrimiento superficial que tambien se puede llevar a cabo por medio de aplicacion repetida en una forma diferente, por un lado, en el que tambien se puede proporcionar una consistencia localmente diferente del recubrimiento superficial con diferentes contenidos de metal en polvo, composiciones de metal en polvo y granulosidad de metal en polvo, por otro lado.
Como resultado, se pueden lograr propiedades localmente diferentes de tal componente fabricado segun la invencion.
Con la solucion segun la invencion es posible fabricar componentes que comprenden una composicion de aleacion graduada que comienza en la superficie. Asf, por ejemplo, es posible con el uso de un nucleo de sustrato hecho con mquel puro fabricar un componente que aun tiene un area de nucleo de mquel puro despues de sinterizar, en el que el contenido de elementos de aleacion adicionales cambian/aumentan sucesivamente hacia las respectivas superficies.
Con la produccion de materiales compuestos como ya se ha mencionado, las composiciones de aleaciones graduadas tambien se pueden desarrollar en el area de union que se ha formado por medio del cerramiento mediante conexiones de tipo fuerza adhesiva.
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Los componentes fabricados segun la invencion tienen una ductilidad mas alta, resistencia a deformacion y fuerza comparados con componentes que se han fabricado a partir de mquel solo, en los que estas circunstancias tambien se aplican en comparacion con mquel aluminio.
La tendencia a la oxidacion comparado con componentes de mquel tambien se puede reducir.
Los componentes logran una estabilidad termica hasta 1.000°C, en el que los componentes fabricados segun la invencion con estructuras porosas, en particular, presentan amplias posibilidades de aplicacion por sf mismas, que p. ej. excluyen el uso de espumas de mquel aluminio debido a su fragilidad.
Los componentes fabricados segun la invencion, en particular, se pueden emplear en cargas dinamicas altas.
A continuacion, la invencion se explicara a modo de ejemplo.
Ejemplo 1 - segun la invencion.
Un nucleo de sustrato hecho de mquel y que tiene el tamano de 300 mm x 150 mm x 1,9 mm, y que tiene una porosidad de 94% se ha sumergido en una disolucion acuosa 1% de polivinilpirrolidona con un volumen de 50 ml. Posteriormente, se lleva a cabo presion sobre pano absorbente para eliminar el agente aglutinante de las cavidades de los poros de modo que simplemente se han humedecido las membranas de la estructura porosa.
Despues de esto, el nucleo de sustrato poroso humedecido con el agente aglutinante se ha fijado a un aparato vibrador y se ha cubierto con metal en polvo. Como resultado de la vibracion, se puede lograr una distribucion uniforme del polvo de metal sobre las superficies del nucleo de sustrato humedecido con el agente aglutinante, en el que se ha mantenido la porosidad abierta de la estructura.
El metal en polvo comprende una composicion de 0,1% en peso de carbon, 22,4% en peso de cromo, 10,0% en peso de molibdeno, 4,8% en peso de hierro, 0,3% en peso de cobalto, 3,8% en peso de niobio y 58,6 por cien en peso de mquel. Tal metal en polvo esta comercialmente disponible bajo el nombre comercial de “Inconel 625”.
El nucleo de sustrato recubierto superficialmente con el metal en polvo y agente aglutinante se ha enrollado en un cuerpo con forma de cilindro. En ese caso, la adhesion del polvo de metal se ha asegurado por medio del agente aglutinante. Posterior a esto, se ha llevado a cabo el tratamiento termico por etapas en el que se ha aplicado en una primera etapa dentro de un horno de secado en una atmosfera de agua. La temperatura se incrementa, mientras que se mantuvo la temperatura de calentamiento a 5 K/min. La expulsion del agente aglutinante comienza a alrededor de 300°C y se completa a 600°C. Se debe mantener un tiempo de detencion de alrededor de 30 minutos para asegurar una liberacion completa del agente aglutinante.
Posteriormente, se lleva a cabo la sinterizacion en un intervalo de temperatura de 1.150°C y 1.250°C manteniendo un tiempo de detencion de alrededor de 30 minutos.
El componente asf fabricado consistfa en una aleacion a base de mquel en la que la composicion en la superficie es al menos aproximadamente equivalente a la composicion del polvo de metal empleado. La porosidad es igual a 91%. En el aire, el componente es resistente a oxidacion a temperaturas de hasta 1.000°C, comprende mas fuerza, resistencia a deformacion y tambien dureza. Despues de sinterizacion, aun era posible una deformacion limitada de la estructura de cuerpo espumoso poroso considerando radio de curvatura mmimo particular.
Ejemplo 2 - comparativo.
Se ha empleado una lamina corrugada de mquel puro de tamano 200 mm x 200 mm x 0,15 mm como un nucleo de sustrato.
El recubrimiento superficial para este nucleo de sustrato se ha desarrollado a partir de 18 milfmetros de una disolucion acuosa 6% de polivinilpirrolidona y un metal en polvo de composicion equivalente al metal en polvo usado en la realizacion 1.
La suspension fabricada a partir del metal en polvo y el agente aglutinante despues de agitacion intensiva se ha atomizado por medio de aire comprimido, y se ha pulverizado sobre el nucleo de sustrato desde ambos lados. El recubrimiento superficial comprende un espesor de 150 pm. Despues de secar durante un periodo de tiempo de 1 minuto, aproximadamente, la capa comprende una resistencia en verde suficientemente grande de modo que el tratamiento termico en etapas se debena llevar a cabo de forma analoga a la realizacion 1. El componente final comprende una aleacion a base de mquel, en la que la composicion de la aleacion en la superficie era equivalente aproximadamente a la composicion de la aleacion del metal en polvo usado. En el aire, era resistente a la oxidacion a temperatura de hasta 1.000°C. La fuerza, resistencia a deformacion y dureza incrementaron en comparacion con el nucleo de sustrato hecho de mquel puro.

Claims (7)

  1. 5
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    25
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    REIVINDICACIONES
    1. - Un metodo para fabricar componentes con una aleacion a base de mquel, en la que el recubrimiento superficial se deposita sobre un cuerpo de espuma hecho de mquel o una aleacion a base de mquel recubriendo el cuerpo de espuma con un agente aglutinante y posteriormente depositando un metal en polvo, en el que el mquel esta incluido con un contenido de al menos 20% en peso ademas de mas elemento que forman aleacion sobre dicho cuerpo de espuma humedecido con dicho agente aglutinante, en el que se usa un metal en polvo, en que el contenido de dicho mquel es menor que el contenido de dicho mquel en un nucleo de sustrato formado por dicha aleacion a base de mquel y en el que dicho cuerpo de espuma se hace vibrar durante y/o despues de depositar dicho metal en polvo y posteriormente dicho cuerpo de espuma recubierto se somete a un tratamiento termico por etapas, en el que al principio dicho agente aglutinante se expulsa, y despues de esto, se lleva a cabo sinterizacion de dicho metal en polvo a temperatura por encima de 1.000°C en una atmosfera reducida o inerte durante la que aleando dicho cuerpo de espuma de mquel y/o se desarrolla un recubrimiento superficial solido de dicha aleacion a base de mquel.
  2. 2. - Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, se usa un metal en polvo, en el que esta/estan incluidos carbon, cromo, molibdeno, hierro, cobalto, niobio, titanio, aluminio, boro, circonio, manganeso, silicio y/o lantano ademas de dicho mquel.
  3. 3. - Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que, dicho cuerpo de espuma esta recubierto con dicho agente aglutinante de poros de dicho cuerpo de espuma, dicho metal en polvo posteriormente se deposita sobre dicho cuerpo de espuma humedecido con dicho agente aglutinante, y posteriormente se lleva a cabo dicho tratamiento termico por etapas.
  4. 4. - Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que, ducho nucleo de sustrato recubierto o dicho cuerpo de espuma se deforma antes de dicho tratamiento termico.
  5. 5. - Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, se llevan a cabo recubrimientos multiples sobre dichas superficies de dicho cuerpo de espuma.
  6. 6. - Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, el recubrimiento superficial se deposita de modo que se proporciona una consistencia localmente diferente del recubrimiento superficial con diferentes contenidos de metal en polvo, composiciones de metal en polvo y granulosidad de metal en polvo.
  7. 7. - Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, una mezcla en polvo de una aleacion a base de mquel que forma elementos con mquel que se somete a granulado de alta energfa se deposita como el metal en polvo.
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