MX2009002908A - Polvo metalico. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un polvo metálico novedoso para la producción de recubrimientos.

Description

POLVO METALICO Descripción de la invención La invención se relaciona con mezclas de polvos novedosas, en particular con polvos de "cermet", para el recubrimiento superficial de sustratos metálicos mediante procesos de aspersión térmica tales como aspersión de plasma o aspersión de flama de alta velocidad (HVOF, por sus siglas en inglés), aspersión de flama, aspersión de arco eléctrico, aspersión láser o soldadura de aplicación, por ejemplo el proceso PTA. Los polvos comprenden por lo menos un polvo de material duro finamente dividido tal como WC, Cr3C2, TiC, B4C, TiCN, M02C, etc., y un polvo de metal o matriz de aleación finamente dividido. El polvo de material duro y el polvo de matriz son mezclados intensamente, usualmente en presencia de una solución de un aglutinante orgánico, si es conveniente con molienda conjunta, atomizado, secado, cribado y subsiguientemente calentado bajo una atmósfera que contiene hidrógeno para remover el aglutinante orgánico y producir una unión sinterizada de tal manera que se formen aglomerados relativamente grandes con un tamaño de partícula de 10 a 100 pm . DE-B2-1 46207 describe un polvo de aspersión de flama que contiene carburos metálicos como material duro y de 10 a 45% Ref . : 200602 de aluminio y níquel como metal. Como polvos metálicos matrices, los polvos que contienen cobalto y níquel, en particular, se han establecido en la industria . Un primer objeto de la invención es reducir más el uso de cobalto dado que el cobalto se ha convertido en una materia prima por la cual la demanda supera al suministro debido a su uso ampliamente difundido. Un objeto adicional de la invención es proporcionar recubrimientos de cermet con bajo contenido de cobalto que en comparación con las aleaciones acostumbradas de matriz de Co-Cr tienen resistencia a la abrasión y resistencia a la cavitación comparables o mayores. Otro objeto de la invención es aumentar la resistencia a la corrosión de los recubrimientos de cermet, en particular para reducir la solubilidad de los metales matrices de los recubrimientos . La invención proporciona polvos de cermet que contienen 75-90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen: de 0 a 38% en peso de cobalto, de 0 a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de O a 90% en peso de hierro, y de 10 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 10 a 95% en peso y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 95% en peso . Los polvos de cermet ventajosos son polvos que contienen 75-90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen hasta 38% en peso de cobalto, hasta 38% en peso de níquel, hasta 20% en peso de aluminio, hasta 90% en peso, ventajosamente hasta 75% en peso de hierro, y de 20 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 25 a 95% en peso y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 95% en peso, ventajosamente de 65 a 75% en peso. Los polvos de cermet particularmente ventajosos son polvos tales como se reclaman en la reivindicación 1 que contienen 75-90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen: de 0 a 38% en peso de cobalto, de O a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de 0 a 75% en peso de hierro, y de 20 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 25 a 95% en peso y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 75% en peso . Una modalidad adicional de la invención proporciona polvos de cermet que contienen 75-90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen: de 0 a 38% en peso de cobalto, de 0 a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de 30 a 90% en peso de hierro, ventajosamente de 30 a 75% en peso de hierro, y de 10 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 10 a 95% en peso, ventajosamente de 60 a 95% en peso, y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 95% en peso. En polvos de cermet preferidos de conformidad con la invención, el níquel y el cobalto de los metales matrices están presentes en una relación en peso de por lo menos 2:3, más preferentemente en una relación en peso de 1:1, particularmente con preferencia en una relación en peso de 3:2. Los polvos de cermet particularmente preferidos de conformidad con la invención están libres de cobalto. Adicionalmente los polvos de cermet preferidos están libres de cobalto y níquel. Con más preferencia, en particular polvos de cermet de bajo contenido de cobalto o libres de cobalto de conformidad con la invención tienen un contenido de hierro en el metal matriz de por lo menos 30% en peso, siendo la suma de los contenidos de hierro y cromo en el polvo o los polvos matrices de por lo menos 60% en peso. En tales polvos de cermet, el polvo o los polvos metálicos matrices contienen: de 0 a 10% en peso de cobalto, de 0 a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de 30 a 90% en peso de hierro, venta osamente de 30 a 75% en peso de hierro, y de 10 a 35% en peso de cromo. En polvos de cermet de la invención, en particular polvos de cermet libres de cobalto de la invención, la relación de la suma de los contenidos de cromo y aluminio con respecto a la suma de los contenidos de hierro, níquel y cromo en partes en peso es preferentemente de 1:2.2 a 1:3.7, particularmente con preferencia de 1:2.7 a 1:3.6. Una composición preferida puede tener de 20 a 26% en peso de cromo, de 64 a 72% en peso de hierro y de 5 a 16% en peso de aluminio. Los polvos de material duro posibles son los constituyentes de materiales duros acostumbrados de los recubrimientos de cermet, por ejemplo, WC, Cr3C2, VC, TiC, B4C, TiCN, SiC, TaC, NbC, Mo2C y mezclas de los mismos. Se da preferencia al WC y Cr3C2, en particular WC . Los polvos matrices pueden producirse en una forma de por sí conocida mediante atomización del metal o de la aleación o fundiciones de aleaciones parciales. Cuando se emplean polvos de aleaciones parciales o polvos metálicos que no han sido previamente aleados, la aleación tiene lugar durante el uso (por ejemplo durante la aplicación de la aspersión) de los polvos de cermet. Los polvos matrices de cobalto, níquel y/o aleaciones parciales de hierro se obtienen por precipitación química mediante la reacción de sales apropiadas con ácido oxálico en exceso, secado y tratamiento térmico como se describe en DE 198 22 663 Al ó en US 6,554,885 Bl, estando el cromo mezclado como polvo metálico. Los modificadores posibles son, en particular, elementos mejoradores del sustrato de acero tales como Mo, Nb, Si, W, Ta y/o V. Los polvos de metales matrices o de aleaciones matrices están preferentemente libres de constituyentes adicionales además de las impurezas tolerables. La presente invención proporciona también un cermet que tiene la composición descrita anteriormente y también un articulo conformado recubierto con el cermet. Para producir estos polvos de cermet, el polvo o los polvos de material duro y el polvo o polvos de matriz y también modificadores que, si es apropiado, poseen diferentes tamaños de partícula promedio que, sin embargo, en cada caso, deberá ser menos de 10 pm de diámetro, son suspendidos en una forma de por sí conocida en una solución acuosa de un aglutinante orgánico y homogeneizados por medio de molienda y mezclado en un molino de bolas, una moledora o un recipiente agitado y la suspensión se atomiza en un secador por aspersión, evaporándose el agua de las gotitas rociadas. El aglomerado de polvo resultante es convertido a polvo con un tamaño de partícula pretendido por medio de procesos de clasificación (cribado, tamizado) y el aglutinante orgánico del aglomerado es liberado en una atmósfera que contiene hidrógeno por sinterización a una temperatura de hasta aproximadamente 1300°C, en particular de 1100°C a 1300°C. El aglutinado sinterizado resultante es convertido de nuevo a polvo teniendo el intervalo de tamaño de partícula pretendido por medio de tratamiento físico (trituración, molienda, cribado, tamizado) . Un cermet de conformidad con la invención puede obtenerse por prensado y sinterización de los polvos de cermet descritos o de otra manera por aspersión térmica, es decir, por medio de un proceso de aspersión térmica tal como aspersión de flama de alta velocidad, aspersión de gas frío, aspersión de plasma o procesos similares. Por lo tanto, la presente invención proporciona de igual manera un proceso para producir un cermet o un artículo que tiene la composición antes mencionada, el cual comprende las etapas: - proporcionar un polvo como se reclama en una o más de las reivindicaciones 1 a 11 en una forma o preparación que es adecuada para aspersión térmica; - llevar a cabo un proceso de aspersión térmica usando este polvo; - obtener el cermet o el artículo. Por lo tanto la presente invención proporciona de igual manera un proceso para producir un cermet o un artículo que tiene la composición descrita anteriormente, el cual comprende las etapas: - proporcionar un polvo como se reclama en una o más de las reivindicaciones 1 a 11; - dar forma al polvo bajo presión para obtener un cuerpo sin tratar; - calentar el cuerpo sin tratar para obtener el cermet o el articulo. E emplos 1 a 7 : En cada caso se utilizó un polvo de carburo de tungsteno con un tamaño de partícula de 0.9 µ?t? determinado por FSSS, un contenido de carbono de 6.1% en peso y un contenido de carbono libre de 0.05% en peso. El polvo de matriz 1 (tabla 1) de los ejemplos 1 a 5 con la composición indicada ahí se produjo por precipitación química usando un método análogo al ejemplo 2 de DE 198 22 663 Al. El tamaño de partícula fue de 1.4-2.2 ym FSSS en un área superficial específica determinada por el método BET de 1.8-2.6 m2/g. El polvo de matriz 2 de los ejemplos 1 a 3 es un polvo producido electrolíticamente con un tamaño de partícula D50 de 3.1 µ?a (dispersión de luz láser) . El polvo de metal matriz de los ejemplos 6 y 7 se obtuvo por atomización de una fundición de aleación de Fe, Cr y Al. El tamaño de partícula D90 fue de 10.8 y 10.2 µp?, respectivamente (dispersión de luz láser) . Aproximadamente 50 kg de polvo de cermet compuesto de WC y aleaciones matrices de la composición mostradas en la tabla 1 se introdujeron en una carga inicial de 10 litros de agua conteniendo aproximadamente 1% de alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en inglés, Shin-Etsu, GP05) como aglutinante y aproximadamente 0.5% de Nalco (Deutsche Nalco GmbH) como agente humectante y homogeneizado por medio de un molino de bolas, la suspensión homogenei zada se atomizó en un secador por aspersión comercial y el agua se evaporó de las gotitas rociadas. El polvo aglomerado obtenido en esta forma se sometió a un tratamiento térmico y la unión es convertida de esta manera en una unión sinterizada. El aglomerado sinterizado obtenido en esta forma es convertido a polvo en el intervalo de tamaño de partícula pretendido por trituración, molienda, cribado y tamizado. El contenido de carbono, el tamaño de partícula promedio determinado por dispersión de luz láser, la distribución del tamaño de partícula y la densidad aparente de los polvos de cermet se reportan en la tabla 1. Tabla 1 Ej emplo 1 2 3 4 5 6 7 No . wc % en 86 86 86 88 83 88 88 peso Polvo matriz % en 10 10 10 12 17 12 12 1 peso Contenido de partes 5 1 0 2.4 0 0 0 Co en peso Contenido de partes 5 2 5 4.8 3.1 0 0 Ni en peso Contenido de Fe partes 0 7 5 4.8 13.9 8.5 8 en peso Contenido de Cr partes 0 0 0 0 0 2.75 3 en peso Contenido de Al partes 0 0 0 0 0 0.75 1 en peso Polvo matriz 2: ¾ en 4 4 4 0 0 0 0 Cr peso Polvo cermet : Contenido de C ';¦ en 5.49 5.4 5.5 5.43 5.15 5.78 5.82 peso Temperatura de °C 1140 1150 1160 1150 1150 1140 1140 sinteri zación Tamaño de parpm 35.3 34.4 33.6 35.8 36.4 28.1 26.5 tícula promedio D90 pm 57.1 56.7 55.4 57.9 57.7 44.8 43.2 D50% pm 33.7 32.5 31.6 34.1 35.1 25.7 24.6 D10% pm 18.4 17.3 17.0 18.3 19.5 13.6 13.0 Densidad aparente g/cm1 4.22 4.11 4.15 3.93 3.95 3.92 3.96 Se produjeron recubrimientos sobre acero para construcción ST37 a partir de los polvos por medio de aspersión de flama de alta velocidad (sistema HVOF Diamond Jet Hybrid 2600) . La tabla 2 reporta las propiedades de los recubrimientos. Las figuras la-lc muestran micrografias ópticas de la microestructura de los recubrimientos producidos usando los polvos de los ejemplos 1 (figura la), 2 (figura Ib) y 3 (figura le). Las figuras 2a-2c muestran micrografias ópticas de la microestructura de los recubrimientos producidos usando el polvo del ejemplo 7 y utilizando los parámetros de aspersión "estándar" (figura 2a), "frío y rápido" (figura 2b) y "caliente y lento" (figura 2c), respectivamente. Tabla 2: Pérdida de C % en 19 22 22 19 19 peso Resistencia a ++ ++ + +++ +++ la corrosión/ prueba de aspersión de sal 1) de conformidad con DIN EN ISO 6507 2) de conformidad con ASTM G32 3) de conformidad con ASTM G65 Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un polvo de cermet, caracterizado porque contiene: de 75 a 90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen : de 0 a 38% en peso de cobalto, de 0 a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de 0 a 90% en peso de hierro, y de 10 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 10 a 95% en peso y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 95% en peso . 2. El polvo de cermet de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque que contiene: de 75 a 90% en peso de por lo menos un polvo de material duro y de 10 a 25% en peso de uno o más polvos de metales matrices y también hasta 3% en peso de modificadores, en donde el polvo o los polvos de metales matrices contienen : de 0 a 38% en peso de cobalto, de 0 a 38% en peso de níquel, de 0 a 20% en peso de aluminio, de 0 a 75% en peso de hierro, y de 20 a 35% en peso de cromo, y la suma de los contenidos de hierro y cromo está en el intervalo de 25 a 95% en peso y la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 75% en peso. 3. El polvo de cermet de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el polvo de metal matriz contiene de 0 a 75% en peso de hierro. . El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la suma de los contenidos de cobalto, níquel y hierro está en el intervalo de 65 a 75% en peso. 5. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el níquel y cobalto están presentes en el polvo o los polvos de matriz en una relación en peso de por lo menos 2:3. 6. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polvo o los polvos de matriz están libres de cobalto. 7. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el polvo o los polvos de matriz están libres de cobalto y níquel. 8. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el contenido de hierro en el polvo o los polvos de matriz es de por lo menos 30% en peso. 9. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la suma de los contenidos de hierro y cromo del polvo o de los polvos de matriz es de por lo menos 60% en peso. 10. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la relación de la suma de los contenidos de cromo y aluminio con respecto a la suma de los contenidos de hierro, níquel y cromo en partes en peso es de 1:2.2 a 1:3.7. 11. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el polvo matriz tiene la composición: de 20 a 26% en peso de cromo, de 64 a 72% en peso de hierro y de 5 a 16% en peso de aluminio. 12. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el polvo de material duro es un polvo seleccionado del grupo que consiste de WC, Cr3C2, VC, TiC, B4C, TiCN, SiC, TaC, NbC, Mo2C y mezclas de los mismos. 13. El polvo de cermet de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el modificador se selecciona del grupo que consiste de Mo, Nb, Si, W, Ta, V y mezclas de los mismos. 14. El uso del polvo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para recubrimiento superficial por medio de procesos de aspersión térmica. 15. Un cermet, caracterizado porque tiene una composición de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 13. 16. Un articulo conformado, caracterizado porque tiene un recubrimiento que comprende un cermet de conformidad con la reivindicación 15. 17. Un proceso para producir un cermet de conformidad con la reivindicación 15 ó un articulo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende las etapas: - proporcionar un polvo de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 11 en una forma o preparación que es adecuada para aspersión térmica; llevar a cabo un proceso de aspersión térmica utilizando este polvo; - obtener el cermet o el articulo. 18. Un proceso para producir un cermet de conformidad con la reivindicación 15 ó un articulo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende las etapas: - proporcionar un polvo de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 11; - conformar el polvo bajo presión para obtener un cuerpo sin tratar; - calentar el cuerpo sin tratar para obtener el cermet o el articulo.