ES2834016T3 - Material compuesto, un procedimiento para producir dicho material compuesto y un componente de descarga con dicho material compuesto - Google Patents

Material compuesto, un procedimiento para producir dicho material compuesto y un componente de descarga con dicho material compuesto Download PDF

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Abstract

Material compuesto (3), con - un primer componente de material metálico (5), y con - un segundo componente de material metálico (7), en el que - el primer componente del material (5) es diferente del segundo componente del material (7), y en el que - el segundo componente del material (7) se mezcla con el primer componente del material (5), en el que - el primer componente del material (5) forma una matriz coherente en la que el segundo componente del material (7) está incorporado en forma de partículas, en la que - el segundo componente del material (7) en forma de partículas con un tamaño de partícula de al menos 5 μm hasta como máximo 30 μm se incorpora al primer componente material, y en el que - el segundo componente del material (7) es más noble que el primer componente del material (5), - en el que el primer componente del material (5) a) presenta una aleación a base de níquel o una aleación de hierro conformable, o consiste en una aleación a base de níquel o una aleación de hierro conformable; y/o b) presenta níquel y cromo, mientras la aleación presenta níquel como componente principal y cromo como componente secundario más importante, y - en el que el segundo componente del material (7) presenta un elemento seleccionado de un grupo formado por iridio, platino, rodio, rutenio, paladio, y un metal de tierras raras, o que el segundo componente del material (7) consiste en uno de estos elementos.

Description

DESCRIPCIÓN
Material compuesto, un procedimiento para producir dicho material compuesto y un componente de descarga con dicho material compuesto
La invención se refiere a un material compuesto, a un procedimiento para producir dicho material compuesto y a un componente de descarga que comprende dicho material compuesto.
Los componentes de la descarga, que pueden formarse típicamente como electrodos o estar dispuestos en electrodos, se utilizan para efectuar una descarga, por ejemplo, una chispa, entre el componente de la descarga y un contraelectrodo. Debido a los altos voltajes eléctricos aplicados inmediatamente antes de la descarga, a las altas corrientes eléctricas que fluyen durante la descarga, y a las altas temperaturas existentes en una descarga, la erosión y - especialmente si la descarga tiene lugar en una atmósfera corrosiva - la corrosión del componente de la descarga puede ocurrir. Básicamente es posible proporcionar un componente de descarga multicapa que tiene una capa de metal base de un metal menos noble y una capa de metal noble de un metal más noble, estando la capa de metal noble dispuesta en capas sobre la capa de metal base. El componente de la descarga puede entonces utilizarse de tal manera que se produzca una descarga en la región de la capa de metales preciosos que es más estable contra la erosión y la corrosión que la capa de metal base. Al mismo tiempo, la capa de metal base está protegida por la capa de metal precioso. Sin embargo, ese componente de descarga multicapa no es muy flexible en cuanto a su diseño geométrico y también requiere una cantidad comparativamente grande del metal más noble, lo que hace que su uso y fabricación sean costosos.
En el documento US 3 957 451 A se revelan aleaciones dúctiles de rutenio, en las que éstas se proporcionan mezclando alrededor del 75-85 % de polvo de rutenio con alrededor del 15-25 % de un polvo pre-aleado que consiste esencialmente en níquel, cromo, tungsteno, silicio y hierro, dichos polvos que tienen un tamaño de malla de menos de 200, siendo dicha mezcla mezclada con un aglutinante para proporcionar facilidad de manejo cuando se presiona una pieza verde a presiones de alrededor de 35. 000-50.000 psi, seguido de la sinterización en hidrógeno seco o gas inerte o en vacío, con una temperatura y tiempo de sinterización de unos 2050° a unos 2150° F durante períodos de unos 45 minutos a unos 30 minutos.
En el documento de divulgación estadounidense US 2006/043855 A1, se revela una bujía con una vida útil más larga que está provista de un electrodo central y un electrodo lateral para formar un hueco de descarga de chispas entre el electrodo central y el electrodo lateral, en el que al menos uno de los electrodos centrales y el electrodo lateral -que comprende una parte de metal precioso- está orientado hacia el hueco de descarga de la chispa en el que se puede suprimir un fenómeno de sudoración del elemento de metal precioso, mientras que la abrasión por chispa, la abrasión por oxidación y la abrasión anormal de la parte de metal precioso pueden ser suprimidas. Según el documento de divulgación, la bujía está compuesta por un electrodo central y un electrodo lateral dispuesto a un lado del electrodo central, de modo que se forma un espacio de descarga de chispas entre el electrodo central y el electrodo lateral. El electrodo central y el electrodo lateral contienen la primera y segunda puntas de metales preciosos. La primera y segunda puntas de metales preciosos se enfrentan al hueco de descarga de chispas para que se forme el hueco de descarga de chispas. Las puntas de metales preciosos contienen Ir como componente principal, 0,3 % en masa a 43 % en masa de Rh, 5,2 % en masa a 41 % en masa de Ru y 0,4 % en masa a 19 % en masa de Ni.
El documento de divulgación estadounidense US 2012/169206 A1 contiene un material de electrodos sobre la base de rutenio que está destinado a ser utilizado en una bujía. El material del electrodo consiste en rutenio (Ru) y un metal precioso. El rutenio (Ru) es el componente individual más grande del material del electrodo en base al porcentaje de peso. El material del electrodo puede tener una densidad inferior o igual a unos 15,5 g/cm3 y puede contener al menos otro metal precioso. El material de electrodo puede ser utilizado en una bujía que comprende una cubierta metálica con una perforación axial, un aislante con una perforación axial y está dispuesta al menos parcialmente dentro de la perforación axial de la cubierta metálica, que además comprende un electrodo central colocado al menos parcialmente dentro de la perforación axial aislante y un electrodo de tierra fijado en Microred extremo libre de la cubierta metálica. El electrodo central, el electrodo de tierra o ambos pueden estar formados al menos parcialmente por la aleación de electrodos.
La publicación de la solicitud internacional WO 2015/125406 A1 presenta una bujía, en la que un electrodo central y/o un electrodo de tierra está provisto de una punta. La bujía está provista de un electrodo central y un electrodo de tierra que están dispuestos en una ranura del electrodo central, caracterizándose la bujía por la presencia de una punta que forma la ranura en el electrodo central y/o el electrodo de tierra; y en que la punta comprende una matriz metálica cuyo componente principal es el Ir y partículas de óxido que contienen al menos un tipo de óxido con una estructura perovskita de la fórmula general ABO3 (en la que A es al menos una especie seleccionada de los elementos del grupo 2 de la tabla periódica y B es al menos una especie seleccionada de los elementos metálicos). La proporción de la superficie ocupada por las partículas de óxido cuando se observa la sección transversal de la punta es del 1 % al 13 % inclusive.
El documento de divulgación estadounidense US 5 551 902 A presenta un electrodo compuesto, en particular, un electrodo para una bujía, que comprende un núcleo que consiste en un primer material conductor de la electricidad y una carcasa que se deforma para rodear el núcleo y que a su vez consiste en un segundo material conductor de la electricidad. La carcasa se forma en un solo paso de extrusión, que también forma el núcleo y al mismo tiempo forma el perfil transversal del electrodo.
La invención se basa en la tarea de crear un material compuesto, un procedimiento para producir un material compuesto y un componente de descarga con dicho material compuesto, mientras se evitan las desventajas mencionadas.
La tarea se resuelve al crear los objetos de las reivindicaciones independientes. De las subreivindicaciones surgen las conformaciones ventajosas.
La tarea se resuelve en particular al crear un material compuesto que tiene un primer componente de material metálico y un segundo componente de material metálico. El primer componente del material es diferente del segundo componente del material, por lo que el primer componente del material puede tener un punto de fusión más bajo que el segundo componente del material, por ejemplo. Se prevé que el segundo componente del material se mezcle con el primer componente del material en forma de partículas, preferentemente en forma de partículas cristalinas, o se incorpore al primer componente del material. Este material es especialmente adecuado para su uso como componente de descarga resistente a la erosión y la corrosión, por lo que es posible -muy especialmente en comparación con una estructura de capas- ahorrar material del segundo componente del material al mezclar o incorporar el segundo componente del material con o en el primer componente del material. Esto hace que el material compuesto sea de costo favorable. En general, se puede proporcionar una mayor superficie efectiva para la descarga en el área del segundo componente del material distribuyendo el segundo componente del material en el primer componente del material, de modo que se logre reducir localmente el desgaste. El segundo componente del material, que preferentemente tiene un punto de fusión más alto, también tiene una conductancia específica más alta que el primer componente del material, que preferentemente tiene un punto de fusión más bajo. En general, esto reduce el desgaste, especialmente del primer componente del material. Además, se puede observar que los componentes de la descarga se desgastan típicamente después de una quema de unos 200 pm -medidos desde una superficie original en dirección de la profundidad- de modo que deben ser desechados y sustituidos. A usar el material compuesto, se puede ahorrar material costoso, porque se ha previsto que el material típicamente más caro del segundo componente del material se mezcle o se incorpore en cantidades más pequeñas de lo que sería el caso, por ejemplo, si se proporcionara en forma de revestimiento en el primer componente del material, o incluso si el componente de descarga se forme por completo a partir del material del segundo componente del material. Si se produce la erosión del componente de la descarga, el material de fusión inferior del primer componente del material en particular se erosiona primero, por lo que el material del segundo componente del material se conserva en particular en forma de partículas presentes en la superficie del componente de la descarga, siempre que éstas estén suficientemente soportadas por el material del primer componente del material. Si el material del primer componente del material se ha erosionado hasta tal punto que las partículas ya no se sostienen, se desprenden del primer componente del material, por lo que las partículas del segundo componente del material dispuestas detrás quedan expuestas y reemplazan a las partículas delanteras que se han desprendido.
Por "componente de descarga" se entiende aquí, en particular, un dispositivo o parte de un dispositivo que se instala y está destinado a ser el punto de partida de una descarga eléctrica, en particular, a un contraelectrodo. Tal componente de descarga puede, por ejemplo, ser una parte de un electrodo, estar dispuesto en un electrodo, o puede estar conformado en sí misma como un electrodo. En particular, es posible que el componente de descarga se haya conformado como una punta, en particular una punta de ignición, de un electrodo.
El término "descarga" se utiliza aquí para referirse en particular a una descarga de chispa o salto de chispa, una descarga de plasma, una descarga de barrera dieléctrica o una descarga eléctrica silenciosa, una descarga de corona o una descarga de arco. La descarga puede ser generada tanto por medio de un voltaje DC como de un voltaje AC. El componente de la descarga puede haberse conformado, en particular, como un componente de formación de chispa.
Por lo general, se entiende aquí por material compuesto un material que presenta al menos dos materiales diferentes, preferentemente conectados materialmente, de forma positiva y/o no positiva entre sí, estando presentes los dos materiales diferentes preferentemente en áreas diferentes que pueden delimitarse espacialmente. Por lo tanto, es preferible que estén presentes de modo adyacente en el material compuesto.
Por componente del material se entiende aquí en particular un material rodeado por el material compuesto. El componente del material puede estar presente como una sustancia pura, en particular, como un elemento químico o como un compuesto, en particular, como un compuesto covalente, como un compuesto iónico, como un compuesto complejo, como un compuesto metálico y/o como una aleación.
Por "punto de fusión" se entiende aquí no solo un punto en la escala de temperatura -por lo general solo se conoce con exactitud para las sustancias puras- sino también un intervalo de fusión, como puede estar presente en particular para los componentes de materiales que contienen una serie de sustancias diferentes.
Que el segundo componente del material esté mezclado con el primer componente del material significa en particular que el primer componente del material y el segundo componente del material están presentes uno junto al otro en el material compuesto. En particular, es posible que las partículas -preferentemente cristalinas- del segundo componente del material estén presentes junto con las partículas -preferentemente cristalinas- del primer componente del material. También es posible que las partículas de un componente del material, seleccionadas del primer y segundo componente del material, se distribuyan en un material (matriz) parcial o completamente coherente del otro componente del material, seleccionado del segundo y primer componente del material. Por lo tanto, el material compuesto puede ser una mezcla o un material incorporado. También es posible una forma mixta de una mezcla y un material incorporado. Las trayectorias de las partículas en contacto con uno de los dos componentes materiales también pueden estar presentes en el material compuesto para uno de los componentes materiales o para ambos. Es posible que las partículas del primer y segundo componente del material que forman una mezcla se distribuyan de manera más o menos uniforme en el material compuesto.
De acuerdo con la invención se ha previsto que el segundo componente del material está destinado a ser incorporado en el primer componente del material en forma de partículas. Esto significa que el segundo componente del material forma dominios delimitables en el primer componente del material, es decir, áreas espaciales que están al menos parcialmente cerradas por el primer componente del material, estando el segundo componente del material situado en estos dominios o áreas espaciales. Estas áreas o dominios están entonces especialmente libres del primer componente del material y preferentemente sólo contienen el segundo componente del material.
De acuerdo con una conformación preferente del material compuesto, el segundo componente del material está distribuido homogéneamente en el primer componente del material. Esto da lugar a una distribución preferentemente uniforme del segundo componente del material en el primer componente del material, al menos en el promedio espacial. Sin embargo, también es posible que el segundo componente del material esté distribuido de manera no homogénea en el primer componente del material, por lo que en determinadas áreas puede haber áreas en las que las partículas del segundo componente del material estén presentes con una mayor densidad numérica que en otras áreas.
De acuerdo con la invención se ha previsto que el primer componente del material forma una matriz coherente en la que el segundo componente del material está incorporado en forma de partículas. El término "coherente" significa, en particular, que el primer componente del material no está presente en forma de dominios o áreas separadas y cerradas, sino que las áreas del primer componente del material están conectadas entre sí, en particular por nervaduras, puentes u otras características espaciales del primer componente del material. De esta manera, el primer componente del material forma una matriz en la que el segundo componente del material está incorporado en forma de partículas, de manera análoga, por ejemplo, a la incorporación de pasas en la masa de un pastel. Por lo tanto, el material compuesto puede considerarse también como un compuesto de matriz metálica que consiste en una matriz de metal coherente de menor fusión en la que está incorporado un material de mayor fusión, a saber, el segundo componente del material.
De acuerdo con un desarrollo ulterior de la invención, se ha previsto que el segundo componente del material se incorpore de forma discontinua al primer componente del material. Esto significa, en particular, que las áreas o dominios del segundo componente del material no tienen contacto entre sí, es decir, en particular, están dispuestos separados unos de otros y, en particular, no tienen contacto entre sí. Preferentemente, el segundo componente del material está incorporado en el primer componente del material en forma de partículas separadas. Las partículas individuales preferentemente están rodeadas por completo por el primer componente del material o -en áreas marginales del material compuesto- están en contacto con un ambiente externo del mismo, pero no con otras partículas del segundo componente del material. Esto es ventajoso porque se puede proporcionar una densidad numérica comparativamente baja de partículas del segundo componente del material, lo que permite producir el material compuesto a bajo costo.
La incorporación del segundo componente del material en la matriz cohesiva del primer componente del material tiene la ventaja particular de que, cuando se calienta, como ocurre por ejemplo durante el funcionamiento de un componente de descarga, el material de la matriz del primer componente del material se expande con más fuerza que el material incorporado del segundo componente del material, lo que hace que las partículas del segundo componente del material se solidifiquen en la matriz del primer componente del material. A diferencia de una estructura en capas, en la que diferentes coeficientes de expansión térmica conducen a la erosión del material, aquí una mayor expansión del material de la matriz conduce a una sujeción más firme de las partículas incorporadas del segundo componente del material en la matriz.
Puede verse que el primer componente del material con el punto de fusión preferentemente más bajo presenta un coeficiente de expansión térmica más alto que el segundo componente del material con el punto de fusión preferentemente más alto.
De acuerdo con un desarrollo posterior de la invención, se pretende así que el primer componente del material presente un punto de fusión más bajo que el segundo componente del material.
De acuerdo con la invención, se pretende que el segundo componente del material sea más noble que el primero. Esto significa que el segundo componente del material es al mismo tiempo más estable contra la erosión y la corrosión que el primer componente del material, en particular, cuando el material compuesto se utiliza para un componente de descarga.
El término "más noble" se utiliza aquí para indicar, en particular, que el segundo componente del material tiene un potencial estándar más alto que el primer componente del material. Aquí, el término "potencial estándar" significa en particular el potencial estándar de un par redox del componente del material respectivo, es decir, el voltaje eléctrico medible en condiciones estándar entre una media celda de hidrógeno y una media celda de este par redox. Cuanto más positivo -es decir, más alto- es el potencial estándar, más noble es el componente del material correspondiente. Preferiblemente, el segundo componente del material presenta un potencial estándar superior a cero, por lo que es más noble que el hidrógeno, para el que el potencial estándar por definición es cero. Preferiblemente, el primer componente del material también tiene un potencial estándar superior a cero. El potencial estándar del segundo componente del material es preferentemente mayor que el potencial estándar del primer componente del material. Es posible que el primer componente del material tenga un potencial estándar inferior a cero. También en este caso, el segundo componente del material tiene preferentemente un potencial estándar superior a cero.
En particular, es posible que el primer componente del material sea un metal base o una aleación de metal base, siendo el segundo componente del material un metal precioso o una aleación de metal precioso.
De acuerdo con la invención, se ha previsto que el primer componente del material esté constituido por una aleación a base de níquel o consista en una aleación a base de níquel. En este contexto, se entiende por aleación a base de níquel, en particular, una aleación cuyo componente principal es el níquel, mientras la aleación presenta al menos un elemento químico más. La aleación a base de níquel se produce preferentemente mediante un proceso de fusión. Una aleación de níquel tiene una buena resistencia a la corrosión y/o a las altas temperaturas. Al mismo tiempo, es de un costo relativamente favorable.
De manera alternativa, se ha previsto de acuerdo con la invención que el primer componente del material sea una aleación de hierro maleable, en particular, el acero, o consiste en una aleación de hierro maleable, especialmente acero. Preferiblemente, el primer componente del material es el acero inoxidable o consiste en acero inoxidable. Las aleaciones de hierro maleable, en particular los aceros, y en particular, los aceros inoxidables, también pueden mostrar una favorable resistencia a la corrosión y/o a las altas temperaturas, al tiempo que son de costo favorable.
De acuerdo con la invención, se ha previsto en forma alternativa o adicional que el primer componente del material comprende una aleación o consiste en una aleación que contiene níquel como constituyente principal y cromo como al menos un elemento químico adicional. La aleación presenta níquel como componente principal y cromo como el componente secundario más importante, es decir, el más frecuente, en términos de porcentaje de masa. Estas aleaciones también se conocen como "Inconel". Son adecuadas, en particular, para aplicaciones de alta temperatura y son particularmente apropiadas para la fabricación de componentes de descarga. También son resistentes a la corrosión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en ambientes extremos. Cuando se calienta, se forma una capa de óxido estable que protege la superficie. La fuerza se mantiene en un amplio rango de temperaturas. Tales aleaciones, en particular, son superiores al aluminio y también a determinados aceros.
El primer componente del material, además del níquel y el cromo, contiene preferentemente al menos un elemento seleccionado de un grupo formado por hierro, molibdeno, niobio, cobalto, manganeso, cobre, aluminio, titanio, silicio, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, tántalo y boro.
De acuerdo con un ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- níquel al menos 72;
- cromo al menos 14 a 17 hasta como máximo 17;
- hierro al menos 6 a 10 hasta como máximo 10;
- cobalto como máximo 1;
- carbono como máximo 0,15;
- manganeso como máximo 1;
- azufre como máximo 0,25;
- silicio como máximo 0,5;
- cobre como máximo 0,5
- fósforo como máximo 0,2;
- titanio como máximo 0,3;
- el aluminio como máximo 0,3
- boro como máximo 0,006;
El resto: impurezas debidas al proceso de preparación. Preferentemente, el primer componente del material es Inconel 600, Nicrofer 7216H, o tiene el número de material 2.4816.
De acuerdo con otro ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- níquel al menos 58 hasta como máximo 63
- cromo al menos 21 hasta como máximo 25
- aluminio al menos 1 hasta como máximo 1,7;
- carbono como máximo 0,1;
- manganeso como máximo 1,5;
- cobalto como máximo 1,5;
- azufre como máximo 0,015;
- fósforo como máximo 0,02;
- silicio como máximo 0,5;
- cobre como máximo 1,0;
- titanio como máximo 0,5;
- boro como máximo 0,006;
El resto: hierro y impurezas debidas al proceso de preparación. Preferentemente, el primer componente del material es Inconel 600 o tiene el número de material 2.4851.
De acuerdo con otro ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- níquel al menos 58;
- cromo al menos 20 hasta como máximo 23;
- molibdeno al menos 8 hasta como máximo 10;
- niobio al menos 3,15 hasta como máximo 4,15
- hierro como máximo 5;
- cobalto como máximo 1;
- cobre como máximo 0,5
- silicio como máximo 0,5
- manganeso como máximo 0,5
- aluminio como máximo 0,4
- titanio como máximo 0,4
- carbono como máximo 0,1
- fósforo como máximo 0,02;
- azufre como máximo 0,015;
- nitrógeno como máximo 0,02;
El resto: impurezas resultantes del proceso de producción. Preferiblemente, el primer componente del material tiene una proporción común de niobio y tántalo -en porcentaje en masa- de al menos 3,15 hasta como máximo 4,15. Preferiblemente el primer componente del material es el Inconel 625 o tiene el número de material 2.4856.
De acuerdo con otro ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- níquel al menos 50 hasta como máximo 55;
- cromo al menos 17 hasta como máximo 21;
- molibdeno al menos 2,8 hasta como máximo 3,3;
- niobio (+tántalo) al menos 4,75 hasta como máximo 5,5;
- titanio al menos 0,65 hasta como máximo 1,15;
- aluminio al menos 0,2 hasta como máximo 0,8;
- cobalto como máximo 1;
- carbono como máximo 0,08;
- manganeso como máximo 0,35;
- silicio como máximo 0,35;
- fósforo como máximo 0,015;
- azufre como máximo 0,015;
- boro como máximo 0,006;
- cobre como máximo 0,3;
El resto: hierro y impurezas debidas al proceso de preparación. Preferentemente, el primer componente del material es Inconel 600 o tiene el número de material 2.4668.
De acuerdo con otro ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- cromo al menos 16 hasta como máximo 18,5;
- níquel al menos 10 hasta como máximo 15;
- molibdeno al menos 2 hasta como máximo 3;
- carbono como máximo 0,035;
- silicio como máximo 1;
- manganeso como máximo 2;
- fósforo como máximo 0,045;
- azufre como máximo 0,03;
- nitrógeno como máximo 0,11;
El resto: hierro e impurezas debidas al proceso de producción. El primer componente del material es preferentemente un acero inoxidable con la designación X2CrNiMo17-12-2 o tiene el número de material 1.4404.
De acuerdo con otro ejemplo de realización del material compuesto, se ha previsto que el primer componente del material tenga la siguiente composición, se indican todos los datos en porcentaje en masa:
- cromo al menos 19 hasta como máximo 24;
- níquel al menos 11 hasta como máximo 15;
- carbono como máximo 0,2;
- silicio como máximo 2,5;
- manganeso como máximo 2;
- fósforo como máximo 0,045;
- azufre como máximo 0,03;
- nitrógeno como máximo 0,11;
El resto: hierro e impurezas debidas al proceso de producción. De acuerdo con una conformación preferente se ha previsto que el primer componente del material es el silicio con una proporción -en porcentaje de masa- de al menos 1,5 hasta como máximo 2,5. Preferiblemente, el primer componente del material es un acero resistente al calor con la designación X15CrNiSi20-12 o tiene el número de material 1.4828.
De acuerdo con la invención, se ha previsto que el segundo componente del material presente un elemento seleccionado de un grupo formado por iridio, platino, rodio, rutenio, paladio y un metal de tierra rara.
Se entiende por un metal del grupo de las tierras raras, también conocido como metal de las tierras raras, en particular, un elemento químico, también en forma de compuesto y en particular una aleación con al menos otro elemento químico, que pertenece al grupo químico de las tierras raras. Se trata en particular de los elementos químicos del tercer subgrupo de la tabla periódica, con excepción del actinio, así como los lantánidos. El metal de las tierras raras se selecciona preferentemente de un grupo compuesto por escandio, lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, itrio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio. Se prefiere el metal de tierras raras seleccionado de los llamados elementos de tierras raras ligeras, a saber, un grupo formado por escandio, lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometeo, samario y europio. Alternativa o adicionalmente, el metal de tierras raras se selecciona preferentemente del grupo de los llamados elementos pesados de tierras raras, a saber, un grupo formado por itrio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio.
De manera alternativa se ha previsto de acuerdo con la invención, que el segundo componente del material consista de uno de estos elementos. Los elementos pueden estar presentes en forma pura, pero también en forma ligada, aleada o combinada o aleada. En particular, es posible que el segundo componente del material contenga impurezas relacionadas con la producción, además de por lo menos uno de los elementos mencionados aquí. Preferentemente, el segundo componente del material presenta una aleación que contiene platino e iridio, o iridio y rodio, preferentemente platino-iridio o iridio-rodio. Preferiblemente, el segundo componente del material consiste en una aleación de este tipo. Preferentemente, el segundo componente del material presenta -o consiste en- una aleación de iridio, que consiste sobre todo en iridio, preferentemente al menos 95 % en masa de iridio. Los elementos y/o aleaciones mencionados aquí tienen puntos de fusión muy altos de más de 1500 °C y también son resistentes al calor y a la corrosión. En particular, los materiales mencionados aquí para el segundo componente del material son más resistentes a la corrosión y más nobles que los mencionados anteriormente para el primer componente del material. Los materiales enumerados para el segundo componente del material también son más caros que los enumerados para el primer componente del material. Por lo tanto, el material compuesto puede formarse a bajo costo si tiene el segundo componente de material incorporado en el primer componente de material en forma de partículas.
El segundo componente del material puede, en particular, contener cantidades más pequeñas de uno o más metales comunes, especialmente los de los subgrupos 3B y 4B del cuadro periódico de elementos, por ejemplo, circonio, titanio, hafnio e itrio.
De acuerdo con un desarrollo ulterior de la invención, se establece que la proporción del segundo componente del material en el material compuesto -en porcentaje en masa- sea como máximo 80, preferentemente como máximo 70, preferentemente como máximo 60, preferentemente como máximo 50, preferentemente como máximo 40, preferentemente como máximo 30, preferentemente de al menos 10 hasta como máximo 30, preferentemente como máximo 20, preferentemente como máximo 10. Se ha demostrado que pueden lograrse propiedades favorables con respecto a la resistencia a la erosión y la corrosión del material compuesto incluso con fracciones de masa relativamente bajas del segundo componente del material, por lo que cuanto más baja sea la proporción del segundo componente del material, más favorable será el costo del material compuesto.
De manera adicional o alternativa, es preferible prever una relación de volumen del segundo componente del material respecto del primer componente del material de al menos 10:90 hasta como máximo 90:10, en particular de al menos 30:70 hasta como máximo 60:40, en particular 50:50. La fracción de volumen del segundo componente del material de al menos, en particular de al menos 10:90 hasta como máximo 90:90, preferentemente de al menos 20:20 hasta como máximo 80:80, preferentemente de al menos 30:70 hasta como máximo 70:40, preferentemente de al menos 40:70 hasta como máximo 60:40, preferentemente 50:50. La proporción del volumen del segundo componente del material puede ser, en particular, de al menos 10 % en volumen hasta como máximo 90 % en volumen, preferentemente de al menos 20 % en volumen hasta como máximo 80 % en volumen, preferentemente de al menos 30 % en volumen hasta como máximo 70 % en volumen, preferentemente de al menos 40 % en volumen hasta como máximo 60 % en volumen, preferentemente 50 % en volumen.
De acuerdo con la invención, se ha previsto que el segundo componente del material está presente en forma de partículas y está incorporado en el primer componente del material en forma de partículas, mientras las partículas presentan un tamaño de partícula de al menos 5 |jm, preferentemente de al menos 10 |jm, hasta como máximo 30 |jm, preferentemente de al menos 10 jim hasta como máximo 20 jim, preferentemente de al menos 15 jim hasta como máximo 25 jim. Este intervalo de tamaños de partículas garantiza el buen funcionamiento de un componente de descarga fabricado con el material compuesto, y en particular las partículas del segundo componente de material liberadas simultáneamente del material compuesto no interfieren con el funcionamiento de un dispositivo que comprende el componente de descarga. En particular, las partículas pueden ser fácilmente descargadas por un agente refrigerante y/o lubricante. Cuanto más pequeñas son las partículas con la misma proporción del segundo componente del material compuesto, más partículas tiene el material compuesto. Un mayor número de partículas tiene a su vez la ventaja de que más partículas llegan más rápido a una interfaz o a una zona de quemado cuando el material compuesto se desgasta. Además, hay más lugares posibles en una superficie del material compuesto donde pueden comenzar las descargas.
El tamaño de una partícula se entiende aquí en particular como un diámetro equivalente de las partículas. En particular, por "tamaño de las partículas" se entiende un diámetro geométrico equivalente, en particular, un diámetro esférico equivalente al volumen o un diámetro esférico equivalente a la superficie. El diámetro geométrico equivalente de una partícula de forma irregular se obtiene en particular determinando el diámetro de una esfera imaginaria que tiene el mismo volumen (volumen equivalente) o la misma superficie (superficie equivalente) que la partícula de forma irregular.
Además, se entiende que el término "tamaño de las partículas" significa, en particular, un valor medio de una distribución de diámetro equivalente. Ese tamaño medio de las partículas puede, por ejemplo, determinarse utilizando el método de intersección de líneas.
El tamaño de las partículas del segundo componente del material puede ser más pequeño, igual o más grande que el tamaño de las partículas del primer componente del material.
La tarea también se resuelve, en particular, creando un procedimiento para producir un material compuesto de acuerdo con uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente. El proceso tiene los siguientes pasos en particular: Un primer componente del material metálico en polvo se mezcla con un segundo componente del material metálico en polvo, mientras el primer componente del material y el segundo componente del material son diferentes uno del otro, y el primer componente del material presenta un punto de fusión más bajo y es menos noble que el segundo componente del material de acuerdo con la invención. Se obtiene una mezcla que comprende el primer componente del material y el segundo componente del material. En particular, una mezcla también debe entenderse como una mixtura. La mezcla se forma en un cuerpo moldeado y el cuerpo moldeado se sinteriza a una temperatura de sinterización que es preferentemente inferior a la temperatura de fusión del segundo componente del material. En relación con el proceso, se realizan en particular las ventajas ya explicadas en relación con el material compuesto. Si la temperatura de sinterización es inferior a la temperatura de fusión del segundo componente del material, el segundo componente del material no se funde durante la sinterización, sino que se incorpora al primer componente del material si éste presenta un punto de fusión inferior al del segundo componente del material. En particular, esto da lugar a inclusiones de partículas del segundo componente del material, que está preferentemente presente como polvo granular, en una matriz que se forma a partir del primer componente del material durante la sinterización. De acuerdo con la invención, en este proceso se forma una matriz coherente del primer componente del material, en la que el segundo componente del material está incorporado en forma de partículas.
De acuerdo con un desarrollo posterior de la invención, se ha previsto que se adicione un componente aglutinante al primer y/o segundo componente del material. En este caso se obtiene una mezcla que comprende el primer componente del material, el segundo componente del material y el componente aglutinante.
La mezcla del componente aglutinante con el primer y/o el segundo componente del material y/o la mezcla del primer componente del material con el segundo componente del material se lleva a cabo preferentemente en un atractor, un mezclador de amasado, un mezclador de polvo o un extrusor. De esta manera, los diversos componentes se distribuyen de la manera más homogénea y uniforme posible.
La mezcla se produce preferentemente como polvo de flujo libre, como masa maleable o como masa moldeable por inyección. La conformación correspondiente de la mezcla puede ajustarse en particular al omitir o seleccionar de modo específico el componente aglutinante -preferentemente orgánico-.
De acuerdo con una conformación del procedimiento, se ha previsto que el primer componente del material y el segundo componente del material se mezclen primero juntos, con un componente aglutinante que luego se adiciona a una mezcla producida de esta manera.
De acuerdo con otra conformación del procedimiento, se ha previsto que el primer componente del material se mezcle primero con un componente aglutinante, mientras luego se adiciona el segundo componente del material. También es posible que el segundo componente del material se mezcle primero con un componente aglutinante, y que luego se adicione el primer componente del material. Por último, también es posible que el primer componente del material se mezcle primero con un componente aglutinante y el segundo componente del material con un componente aglutinante por separado, de modo que las mezclas así producidas por separado se mezclen luego entre sí.
Preferentemente, se adicionan otros componentes, en particular, otros elementos de aleación y/o aditivos, lo que puede hacerse mezclando al primer componente de material polvoriento separado, el segundo componente de material polvoriento separado, y/o a una mezcla del primer y segundo componente de material polvoriento - si es necesario enriquecido en cada caso por un componente aglutinante.
Preferentemente, el procedimiento también comprende la producción de un polvo del primer componente del material y/o del segundo componente del material. En este procedimiento, en particular, en la producción de polvo del segundo componente del material, se establece preferentemente un tamaño de partícula resultante para que las partículas del segundo componente del material se incorporen al primer componente del material.
Dado que la temperatura de sinterización se elige preferentemente más baja que la temperatura de fusión del segundo componente del material, éste no se funde, de modo que un tamaño de partícula que preferentemente se ajustó durante la producción de polvo también se conserva en el material compuesto acabado.
Mediante el pesaje de los diversos componentes, la composición de la mezcla y por lo tanto finalmente del material compuesto resultante puede ser ajustada. Preferentemente, el segundo componente del material -en relación con el material compuesto acabado- se mezcla con una proporción de -en porcentaje en masa- como máximo 80, preferentemente como máximo 70, preferentemente como máximo 60, preferentemente como máximo 50, preferentemente como máximo 40, preferentemente como máximo 30, preferentemente como máximo 20, preferentemente como máximo 10, y/o con una relación de volumen de al menos 1090 hasta como máximo 90:10, en particular de al menos 30:70 hasta como máximo 60:40, en particular 50:50.
La referencia al material compuesto acabado es útil en la medida en que cualquier componente aglutinante presente es eliminado preferentemente a más tardas durante la sinterización, y la eliminación de los aglutinantes térmicos se produce como máximo en ese momento. Sin embargo, es posible que se lleve a cabo una etapa de desbordamiento antes de la sinterización, en la que se elimine el componente aglutinante.
Dado que con la mezcla se conforma un cuerpo moldeado significa, en particular, que se le otorga a la mezcla una forma específica, espacial-geométrica. Antes de formarse en un cuerpo moldeado, la mezcla se presenta preferentemente a granel, en particular como polvo de libre circulación, como masa maleable o como masa moldeable por inyección, y por lo tanto no tiene una forma específica. El moldeado da a la mezcla una forma espacial específica, que corresponde preferentemente a la forma final deseada para el material compuesto, al menos aproximadamente, en particular con la excepción de la contracción que suele producirse durante la sinterización.
Por lo tanto, se entiende que un cuerpo moldeado es un cuerpo con una forma espacial-geométrica específica. Es posible que el cuerpo moldeado se someta a un mecanizado antes de la sinterización. En particular, es posible que el cuerpo moldeado sea conformado posteriormente mediante corte y amolado. De esta manera, la forma del cuerpo moldeado puede aproximarse aún más a la forma final deseada para el material compuesto.
El cuerpo moldeado también se conoce como cuerpo verde o pieza en bruto.
Según un desarrollo ulterior de la invención, se ha previsto que la temperatura de sinterización se seleccione tan elevada que se sinterice el primer componente del material polvoriento, por lo que los granos de polvo individuales del primer componente del material se unen entre sí, en particular mediante procesos de difusión. Es posible que la temperatura de sinterización sea tan alta que se produzca un ablandamiento del primer componente del material. De acuerdo con un desarrollo posterior de la invención, se ha previsto que la temperatura de sinterización se elija más baja que la temperatura de fusión del primer componente del material. Preferentemente, la temperatura de sinterización se elige para ser al menos el 60 % hasta como máximo el 80 % de la temperatura de fusión del primer componente del material, preferentemente al 80 % de la temperatura de fusión del primer componente del material. En particular, se produce un proceso de sinterización sin fase líquida, en el que la conexión de los granos de polvo del primer componente del material da lugar, en particular, a una difusión de volumen, una difusión de interfaz a lo largo de los límites de los granos y/o un flujo de plástico cristalino. El cuerpo moldeado en este caso se contrae, pero preferiblemente no cambia su forma geométrica espacial. La contracción corresponde en particular a una escala de las dimensiones del cuerpo moldeado.
Dado que el segundo componente del material preferentemente presenta una temperatura de fusión más alta que el primer componente del material, este último no se ablanda ni se funde durante la sinterización en las condiciones mencionadas anteriormente. En cambio, las partículas del segundo componente del material, que están presentes en particular como granos de polvo, están incorporadas en una matriz coherente formada a partir del primer componente del material durante la sinterización.
De acuerdo con un desarrollo ulterior de la invención, se ha previsto que el cuerpo moldeado, en particular el polvo metálico moldeado por inyección o extruido, se someta a un paso de desbaste antes de la sinterización. De esta manera, el componente aglutinante, que sirve esencialmente para mejorar la conformación de la mezcla en el cuerpo moldeado, puede ser eliminado antes de la sinterización. El paso de desaglutinación puede ser en particular, una eliminación catalítica, química o térmica del aglutinante. La etapa de desaglutinación puede comprender también varias subetapas de desaglutinación, en las que pueden combinarse diferentes tipos de desaglutinación, por ejemplo, la desaglutinación química en una primera subetapa y la desaglutinación térmica en una segunda subetapa.
Preferentemente, la mezcla se conforma por medio de un procedimiento de metalurgia de polvos.
De acuerdo con un desarrollo posterior de la invención, se ha previsto que la conformación de la mezcla se haga por presión. En este caso, la mezcla está presente preferentemente en forma de gránulos prensados -en particular sin un componente aglutinante- que son prensados en un molde, produciendo así el cuerpo moldeado. Junto con el paso de sinterización, preferentemente se lleva a cabo en conjunto la sinterización por prensa.
De forma alternativa, se ha previsto que la mezcla se conforme por extrusión. Se da preferencia a la extrusión de una mezcla maleable que tenga un componente preferentemente aglutinante. La extrusión es el procedimiento preferente para producir el cuerpo moldeado.
De modo alternativo, es posible conformar la mezcla -en particular la que contiene un componente aglutinantemediante el moldeo por inyección de polvo. El moldeo por inyección de metal (MIM) es el procedimiento preferente. Con este procedimiento, incluso las formas muy complejas pueden ser obtenidas de manera simple.
También es posible utilizar un procedimiento generativo para conformar la mezcla. En particular, es posible un procedimiento de estructura de capas. De acuerdo con una conformación preferente, la mezcla se forma por impresión, especialmente usando una impresora 2D o 3D.
En particular, es posible que la mezcla se imprima por medio de una impresora 2D o una impresora 3D en un sustrato al que preferiblemente no se adhiera la mezcla. En particular, se puede imprimir una pieza en bruto, de la que luego se puede eliminar el aglutinante y puede ser sinterizada como una pieza marrón.
Las partículas de polvo metálico del segundo componente del material, que preferiblemente sólo se funden a temperaturas más altas, están firmemente incorporadas en la aleación de la matriz del primer componente del material durante la sinterización. Forman una unión material con el primer componente del material a nivel atómico, de manera que las partículas de polvo del segundo componente del material están incorporadas de modo permanente, mecánico y estable en el componente sinterizado resultante.
De acuerdo con un desarrollo posterior de la invención, se ha previsto que el cuerpo moldeado se una a otro cuerpo moldeado en un procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes, estando el otro cuerpo moldeado libre del segundo componente del material. En el procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes, el cuerpo moldeado se moldea sobre el cuerpo moldeado posterior de una manera particularmente preferida. Después, el cuerpo moldeado y el cuerpo moldeado adicional se sinterizan juntos.
Que el cuerpo moldeado adicional esté libre del segundo componente del material significa preferentemente que no contiene el segundo componente del material. Es particularmente preferible que el cuerpo moldeado adicional solo presente el primer componente del material, y si es necesario un componente aglutinante. Así pues, es posible, en particular mediante el procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes, formar piezas más grandes, por ejemplo, un electrodo con un componente de descarga, de manera sencilla y económica, por lo que solo una parte relevante para la descarga puede fabricarse a partir del material compuesto, mientras que otras partes del electrodo pueden fabricarse a partir del primer componente de material económico sin tener que disponer para ello material del segundo componente de material. En particular, es posible dar una forma geométrica compleja a elementos más grandes y de una sola pieza, como los electrodos, con el componente de descarga realizado del material compuesto.
Alternativamente, es posible unir el cuerpo moldeado a otro cuerpo moldeado fabricado por separado que esté libre del segundo componente del material. También en este caso, el cuerpo moldeado y el cuerpo moldeado posterior son preferentemente sinterizados juntos. Aunque, a diferencia del procedimiento descrito anteriormente, no se utiliza un proceso de moldeo por inyección de dos componentes, sino que se produce un cuerpo moldeado por separado -por ejemplo, en un procedimiento de moldeo por inyección de polvo metálico separado o por prensado o extrusión- y luego se une al cuerpo moldeado, particularmente en el estado en bruto. Esto puede ser más sencillo y económico que el procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes.
También se pueden unir más de dos piezas moldeadas.
En particular, en un procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes se puede producir una pieza en bruto en la que el material compuesto sólo se proporciona en puntos muy específicos, por lo que una pieza en bruto que conste de varios cuerpos moldeados de esta manera, al menos en teoría, puede sinterizarse en un procedimiento posterior sin más operaciones de unión. También es posible unir los cuerpos verdes producidos por separado del material compuesto con los del material base, es decir, el primer componente del material, y luego sinterizarlos para formar un vínculo material.
Debido al mismo coeficiente de expansión térmica del primer componente de material en los diferentes cuerpos moldeados, los compuestos de material producidos de esta manera son mecánicamente mucho más estables que los producidos por los procesos de unión convencionales y por lo tanto poseen una mayor vida útil.
Las piezas moldeadas pueden ser producidas usando procedimientos similares o diferentes. Por ejemplo, es posible que uno de los cuerpos moldeados sea moldeado por inyección de polvo, mientras que otro es prensado o extruido.
De acuerdo con un desarrollo ulterior de la invención, se ha previsto que el cuerpo moldeado esté conectado a otro cuerpo, en particular, a un cuerpo base para un electrodo, en una forma material y/o de ajuste de forma. También de esta manera se puede producir de manera fácil, rápida y económica un componente, en particular un electrodo, que presente el material compuesto solo en áreas seleccionadas.
En particular, es posible utilizar un procedimiento de moldeo por inyección híbrido en el que el cuerpo moldeado se inyecta en un inserto o en el que un inserto se sobremoldea con el cuerpo moldeado. El inserto preferentemente no es producido por sinterización. Se puede producir preferentemente por mecanizado, por ejemplo, como una pieza torneada. El cuerpo moldeado se sinteriza preferentemente en presencia del inserto. El inserto tiene preferentemente el primer componente del material que también tiene el cuerpo moldeado, o el inserto consiste en este primer componente del material. Esto resulta en una unión particularmente fuerte y duradera entre el cuerpo moldeado y el inserto.
Por último, la tarea también se resuelve creando un componente de descarga que presenta el material compuesto de acuerdo con uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente o está realizado del material compuesto. En particular, esto da lugar a las ventajas que ya se han explicado en relación con el material compuesto y el proceso. El componente de descarga se fabrica preferentemente en una de las formas de realización del procedimiento antes descritas.
También es preferente una disposición de electrodos que presente al menos dos electrodos, en la que al menos uno de los electrodos presente un componente de descarga de acuerdo con uno de los ejemplos de realización antes descritos.
Preferentemente, un cuerpo base de un electrodo que presenta un componente de descarga con el material compuesto, posee el primer componente del material como material o consiste en el primer componente del material. En este caso, es particularmente fácil conectar el componente de descarga -especialmente uno que se ha producido previamente como parte de una implementación del procedimiento- al cuerpo básico del electrodo de forma de cohesión de material, por ejemplo mediante la soldadura, ya que el material de la matriz del material compuesto, es decir, el primer componente del material, tiene el mismo o un coeficiente similar de expansión térmica y también, por lo demás, las mismas o similares propiedades materiales que el cuerpo básico del electrodo. Para unir el componente de descarga al cuerpo base, se pueden utilizar en particular procesos de soldadura estándar de probada eficacia, como la soldadura por resistencia eléctrica y/o la soldadura que utiliza sólo calor de corriente eléctrica.
Por lo tanto, es posible disponer el componente de descarga con el material compuesto sólo localmente en al menos un electrodo, por lo que se ahorra material costoso.
Pero, también es posible producir un electrodo completo o incluso una disposición de electrodos completa en el marco del procedimiento antes descrito, por el cual un cuerpo base de al menos un electrodo es preferentemente producido o provisto como un cuerpo moldeado adicional que se une al material compuesto para el componente de descarga en el estado verde -ya sea por moldeo por inyección de dos componentes o por producción separada y unión en el estado verde.
Es preferente un ejemplo de realización de la disposición de los electrodos, que presente al menos dos electrodos, a saber, en particular, un electrodo y un contraelectrodo, por ejemplo, un electrodo al que se le aplica un potencial distinto de cero y un electrodo de tierra, siendo que cada uno de los electrodos presenta un componente de descarga de acuerdo con uno de los ejemplos de realización antes descritos, mientras se ha previsto preferentemente que los componentes de descarga de al menos dos electrodos presenten un material compuesto similar, en particular el mismo material compuesto, o consisten en un material compuesto similar, en particular el mismo material compuesto. La descripción del material compuesto y el componente de descarga, así como la disposición de los electrodos, por un lado, y el proceso, por otro, deben entenderse de manera complementaria. Las características del material compuesto, el componente de descarga o la disposición de los electrodos que se han descrito explícita o implícitamente en relación con el procedimiento son preferentemente características individuales o combinadas de un ejemplo de realización preferente del material compuesto, el componente de descarga o la disposición de los electrodos. Los pasos del procedimiento descritos de forma explícita o implícita en relación con el material compuesto, el componente de descarga o la disposición de los electrodos son preferentemente pasos individuales o combinados de una realización preferente del procedimiento. Esto se caracteriza preferentemente por al menos un paso de procedimiento que es causado por al menos una característica de un ejemplo de realización de acuerdo con la invención o preferente del material compuesto, el componente de descarga y/o la disposición de electrodos. El material compuesto, el componente de descarga y/o la disposición de electrodos es/son preferentemente caracterizados por al menos una característica que es causada por al menos un paso de una realización de acuerdo con la invención o preferente del procedimiento.
La invención se explica más detalladamente a continuación sobre la base del dibujo. Las figuras muestran:
Figura 1 una representación esquemática de un ejemplo de realización de un componente de descarga con un ejemplo de realización de un material compuesto, y
Figura 2 una representación esquemática del funcionamiento del componente de descarga como se muestra en la figura 1.
La Fig.1 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de un componente de descarga 1, que consiste en un ejemplo de realización de un material compuesto 3. Este presenta un primer componente de material metálico 5 y un segundo componente de material metálico 7, por lo que el primer componente de material 5 y el segundo componente de material 7 son diferentes entre sí, y por lo que el primer componente de material 5 tiene un punto de fusión más bajo aquí que el segundo componente de material 7, por lo que el segundo componente de material 7 está incorporado aquí en forma de partículas en el primer componente de material 5. Para mayor claridad, solo se identificaron aquí dos partículas del segundo componente del material 7 aquí con el símbolo de referencia 7. El primer componente del material 5 forma una matriz coherente en el ejemplo de realización mostrado, en el que el segundo componente del material 7 está incorporado en la forma de las partículas mostradas en la figura 1. Se puede ver que el segundo componente del material 7 está incorporado de forma intermitente en el primer componente del material 5, aquí en particular en forma de partículas separadas.
El segundo componente del material 7 es más noble que el primer componente del material 5, lo que significa, en particular, que el segundo componente del material 7 presenta un potencial estándar más alto que el primer componente del material 5. En particular, el segundo componente del material 7 presenta un potencial estándar superior a cero. Preferiblemente, el primer componente del material 5 también posee un potencial estándar superior a cero. Sin embargo, también es posible que el primer componente del material 5 presente un potencial estándar negativo.
El primer componente del material 5 comprende o consiste en una aleación a base de níquel o una aleación de hierro maleable, en particular un acero, preferentemente un acero inoxidable. Alternativamente, se ha previsto que el primer componente del material 5 comprende el níquel y el cromo, mientras el níquel forma un componente principal del primer componente del material 5, y el cromo forma un componente principal de menor importancia, en particular en el sentido de una mayor proporción de masa en relación con todos los componentes menores.
El segundo componente del material 7 comprende al menos un elemento que es seleccionado de un grupo que consiste en iridio, platino, rodio, rutenio, paladio y un metal de tierra rara. Es posible que el segundo componente del material 7 consista en uno de estos elementos mencionados. Preferentemente el segundo componente del material 7 comprende una aleación o combinación de al menos dos de estos elementos, en particular, una aleación que comprenda platino e iridio, o iridio y rodio, preferentemente platino-iridio o iridio-rodio, o el segundo componente del material 7 consiste en tal combinación o aleación.
Una proporción del segundo componente del material 7 en el material compuesto 3 asciende -en porcentaje en masapreferentemente como máximo 80, preferentemente como máximo 70, preferentemente como máximo 60, preferentemente como máximo 50, preferentemente como máximo 40, preferentemente como máximo 30, preferentemente como máximo 20, preferentemente como máximo 10.
El segundo componente del material 7 está presente en forma de partículas, que presentan una forma de partículas de al menos 5 pm hasta como máximo 30 pm.
El material compuesto 3 se produce mezclando el primer componente de material metálico 5 en forma de polvo con el segundo componente de material metálico 7, también en forma de polvo. Es preferible adicionar un componente aglutinante al primer componente del material 5, al segundo componente del material 7 y/o a la mezcla de los componentes materiales 5, 7. En definitiva, se obtiene así una mezcla que finalmente comprende el primer componente del material 5, el segundo componente del material 7 y preferentemente el componente aglutinante. Esta mezcla se forma en un cuerpo moldeado que se sinteriza a una temperatura de sinterización que es más baja que la temperatura de fusión del segundo componente del material 7, preferentemente más baja que la temperatura de fusión del primer componente del material 5, y de manera particularmente preferente de al menos 0,6 hasta como máximo 0,8 multiplicado por la temperatura de fusión del primer componente del material, preferentemente 0,8 multiplicado por la temperatura de fusión del primer componente del material.
Preferentemente, se produce una mezcla homogénea de los componentes materiales 5, 7, en la que, en particular, las partículas del segundo componente del material 7 se disponen individualmente entre las partículas del primer componente del material 5. Durante la sinterización se produce así una matriz coherente del primer componente del material 5, en la que las partículas del segundo componente del material 7 están incorporadas por separado, es decir, en particular de forma incoherente.
La mezcla se ejemplo, produce en el cuerpo moldeado preferentemente por prensado, extrusión o moldeo por inyección de polvo, en particular, mediante moldeo por inyección de polvo metálico.
Preferiblemente, un cuerpo moldeado en particular, un cuerpo moldeado por inyección de polvo o extruido, es sometido a un paso de desaglutinación antes de la sinterización, que puede presentar varios pasos de desaglutinación parcial.
Es posible que el cuerpo moldeado se una a otro cuerpo moldeado, en particular a otra pieza en bruto, en un procedimiento de moldeo por inyección de dos componentes, en particular, inyectado en el cuerpo moldeado posterior, estando el cuerpo moldeado posterior libre del segundo componente de material 7 y, preferentemente solo presenta el primer componente de material 5 y opcionalmente un componente aglutinante. De esta manera se puede crear un componente más grande en una sola pieza, que presenta el componente de descarga realizado del material compuesto 3. Por ejemplo, se puede crear un electrodo que presente el componente de descarga 1 del material compuesto 3 solo en una cierta área o en varias áreas determinadas.
Esto también puede lograrse uniendo el cuerpo moldeado en el estado en bruto, es decir, como un cuerpo verde o pieza en bruto, a otro cuerpo moldeado producido por separado, que preferentemente está presente como un cuerpo verde o pieza en bruto, mientras el cuerpo moldeado adicional libre del segundo componente del material 7 en este caso también y preferentemente solo posee el primer componente del material 5 y preferentemente además un componente aglutinante. Los dos cuerpos moldeados también pueden ser sinterizados juntos en este caso.
Los dos cuerpos moldeados pueden ser producidos en particular en procedimientos similares o sino en procedimientos diferentes. Por ejemplo, es posible que uno de los cuerpos moldeados sea moldeado por inyección de polvo, mientras que el otro es prensado o extruido.
También es posible que se utilice un proceso de moldeo por inyección híbrido en el que el cuerpo moldeado se inyecta en un inserto, o en el que un inserto se sobremoldea con el cuerpo moldeado. El inserto puede ser producido por mecanizado, por ejemplo, como una pieza torneada. El cuerpo moldeado se sinteriza preferentemente en presencia del inserto.
La figura 2 muestra una representación esquemática del funcionamiento del componente de descarga 1 con el material compuesto 3. Los elementos idénticos y funcionalmente idénticos se marcan con idénticos signos de referencia, de modo que a este respecto se hace referencia a la descripción anterior. La figura 2 muestra, en particular, con flechas que apuntan a una superficie 9, de qué manera una descarga afecta a la superficie 9 del componente de descarga 1, por lo que la descarga conduce en particular a la erosión y/o corrosión del componente de descarga 1 en el área de la superficie 9. Esto conduce -como se indica esquemáticamente- primero a una erosión del material de la matriz, es decir, del primer componente del material 5, exponiendo así las partículas del segundo componente del material 7, por 10 que se muestran en forma esquemática cuatro filas de partículas A, B, C, D en la figura 2 a) -mientras está orientado en dirección radial desde la superficie 9 perpendicularmente al interior del componente de descarga 1. Una partícula 11 de la primera fila de partículas A ya está parcialmente expuesta por la erosión y/o corrosión de la superficie 9. La figura 2 b) muestra que, si se aplican más descargas al componente de descarga 1 y continúa la erosión y/o la corrosión, la partícula 11 se desprenderá en algún momento de la matriz compuesta del material de la primera matriz 5 y -como se indica con una flecha y una línea- se desprenderá de la superficie 9. La continua erosión de la superficie 9 se desintegra así la fila de partículas radialmente más exterior A, y la segunda fila de partículas B dispuesta detrás de ella se desplaza hacia arriba y se convierte en la nueva primera fila de partículas. El quemado se produce principalmente en la zona del primer componente de material menos noble 5, que presenta un punto de fusión más bajo.
Por lo tanto, la figura 2 c) muestra que después de una cierta cantidad de exposición adicional en el área en la que se encontraba la partícula 11, tanto material del primer componente del material 5 se ha quemado ahora que están expuestas más partículas de la tercera fila de partículas C. Estas partículas, que prácticamente se desplazan hacia arriba, asumen la función de la partícula desprendida 11.
Se ha demostrado que es posible con el material compuesto 3 proporcionar un área más grande con un desgaste localmente reducido con los mismos costos de material para una descarga que si solo el segundo componente de material 7 fuera expuesto en el área efectiva para la descarga.
La energía de ignición que debe gastarse para formar la descarga puede concentrarse en pequeñas áreas, en particular las partículas del segundo componente del material 7, de modo que es posible trabajar con voltajes de ignición comparativamente bajos. Esto reduce aún más el desgaste del componente de la descarga.
Además, puede verse que típicamente solo es aceptable una cierta cantidad de desgaste en forma de una distancia de quemado radial de unos 20o pm para los componentes de descarga, después de lo cual debe ser sustituido el componente de descarga 1 o incluso todo el electrodo. Ahora es posible disponer el material compuesto 3 como componente de descarga en un electrodo solo a esta distancia de quemado prevista, y formar un cuerpo básico restante del electrodo a partir de un material de bajo costo, por ejemplo, del primer componente de material 5. Una vez que se ha completado la quema del componente de descarga 1, solo queda para su desechado el componente de primer material de bajo costo 5, de modo que un electrodo correspondiente con un componente de descarga 1 es significativamente menos costoso que un electrodo con un material más caro y más resistente en general.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Material compuesto (3), con
- un primer componente de material metálico (5), y con
- un segundo componente de material metálico (7), en el que
- el primer componente del material (5) es diferente del segundo componente del material (7), y en el que - el segundo componente del material (7) se mezcla con el primer componente del material (5), en el que - el primer componente del material (5) forma una matriz coherente en la que el segundo componente del material (7) está incorporado en forma de partículas, en la que
- el segundo componente del material (7) en forma de partículas con un tamaño de partícula de al menos 5 |jm hasta como máximo 30 jm se incorpora al primer componente material, y en el que
- el segundo componente del material (7) es más noble que el primer componente del material (5),
- en el que el primer componente del material (5)
a) presenta una aleación a base de níquel o una aleación de hierro conformable, o consiste en una aleación a base de níquel o una aleación de hierro conformable; y/o
b) presenta níquel y cromo, mientras la aleación presenta níquel como componente principal y cromo como componente secundario más importante, y
- en el que el segundo componente del material (7) presenta un elemento seleccionado de un grupo formado por iridio, platino, rodio, rutenio, paladio, y un metal de tierras raras, o que el segundo componente del material (7) consiste en uno de estos elementos.
2. Material compuesto (3) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
a) el segundo componente del material (7) está incorporado de forma discontinua al primer componente del material (5), en particular, en forma de partículas separadas, y/o porque
b) el segundo componente del material (7) en forma de partículas con un tamaño de partícula de al menos 10 jm hasta como máximo 30 jm , preferentemente de al menos 10 jm hasta como máximo 20 jm , preferentemente de al menos 15 jm hasta como máximo 25 jm , está incorporado en el primer componente del material (5).
3. Material compuesto (3) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer componente del material (5) presenta un punto de fusión más bajo que el segundo componente del material (7).
4. Material compuesto (3) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
a) una proporción del segundo componente del material (7) en el material compuesto -en porcentaje en masaes como máximo 80, preferentemente como máximo 70, preferentemente como máximo 60, preferentemente como máximo 50, preferentemente como máximo 40, preferentemente como máximo 30, preferentemente de al menos 10 hasta como máximo 30, preferentemente como máximo 20, preferentemente como máximo 10, y/o b) que la relación de volumen del segundo componente del material con el primer componente del material es de al menos 10:90 hasta como máximo 90:10, en particular, de al menos 30:70 hasta como máximo 60:40, en particular 50:50.
5. Componente de descarga (1), que presenta un material compuesto (3), de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, o que consiste de dicho material compuesto.
6. Procedimiento para producir un material compuesto (3) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, con los siguientes pasos:
- mezclar un primer componente de material metálico en polvo (5) con un segundo componente de material metálico en polvo (7), en el que el primer componente de material (5) es diferente del segundo componente de material (7), y en el que el primer componente de material (5) es menos noble que el segundo componente de material (7), en el que el primer componente de material (5) forma una matriz coherente, en el que el segundo componente del material (7) se incorpora en forma de partículas, y el segundo componente del material (7) se incorpora en el primer componente del material en forma de partículas con un tamaño de partícula de al menos 5 jm hasta como máximo 30 jm , y el primer componente del material (5) tiene un punto de fusión más bajo que el segundo componente del material (7); donde
- el primer componente del material (5)
a) presenta una aleación a base de níquel o una aleación de hierro maleable, o consiste en una aleación a base de níquel o una aleación de hierro maleable; y/o
b) presenta níquel y cromo, mientras la aleación presenta níquel como componente mayor y cromo como componente secundario más importante, y
- el segundo componente del material (7) presenta un elemento seleccionado de un grupo formado por iridio, platino, rodio, rutenio, paladio, y un metal de tierras raras, o que el segundo componente del material (7) consiste en uno de estos elementos;
- obtener una mezcla que comprende el primer componente del material (5) y el segundo componente del material (7);
- conformar con la mezcla un cuerpo moldeado, y
- sinterizar el cuerpo moldeado, en particular, a una temperatura de sinterización inferior a la temperatura de fusión del segundo componente del material (7).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque presenta los siguientes pasos:
- adicionar y mezclar un componente aglutinante al primer componente del material (5) y/o al segundo componente del material (7), en el que
- la mezcla obtenida comprende el primer componente del material (5), el segundo componente del material (7) y el componente aglutinante.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque la temperatura de sinterización se selecciona inferior a la temperatura de fusión del primer componente del material (5), mientras se selecciona preferentemente la temperatura de sinterización para que sea de 0,8 multiplicada por la temperatura de fusión del primer componente del material (5).
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque el cuerpo moldeado previo a la sinterización se somete a un paso de desaglutinación.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la conformación de la mezcla se lleva a cabo mediante un procedimiento de metalurgia de polvos, en particular, mediante extrusión, moldeo por inyección de polvos, en particular, el moldeo por inyección de polvos metálicos, o un proceso generativo, en particular, la impresión.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el moldeo de la mezcla se realiza mediante prensado.
12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque el cuerpo moldeado a) se une a otro cuerpo moldeado en un proceso de moldeo por inyección de dos componentes, en el que el cuerpo moldeado está libre del segundo componente de material (7), o
b) se une a otro cuerpo moldeado, producido separadamente, que está libre del segundo componente del material (7), en el que
el cuerpo moldeado y el cuerpo moldeado adicional se sinterizan juntos.
13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 12, caracterizado porque el cuerpo moldeado se une con otro cuerpo, en particular, a un cuerpo base para un electrodo, con cohesión de material y/o con continuidad de forma.
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