MX2013014442A - Sintesis de esponjas metalicas por infiltracion de rellenos removibles. - Google Patents

Abstract

La presente invención trata sobre un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos con tamaño de poro y porosidad controlada como las espumas metálicas o esponjas metálicas, utilizando metales puros o aleaciones metálicas, mediante el método conocido como infiltración de rellenos removibles modificado que comprende las etapas de a) preparación de los materiales, b) fundición del metal, c) infiltración del metal y d) disolución del relleno removible. Para realizar el proceso, se ingresa el material de relleno removible a un molde de forma definida y el metal puro o aleación metálica en un contenedor de forma definida y, mediante un sistema de ajuste o sujeción, se mantiene la sujeción, ajuste o presión entre ambos, manteniendo una conexión de forma definida entre ellos y con las dimensiones necesarias para que permita el paso del metal desde el contenedor hacia el molde cuando se encuentra en estado líquido. El molde ajustado al contenedor puede introducirse ya sea en un horno de atmósfera controlada o en un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce a un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente.

Description

SÍNTESIS DE ESPONJAS METÁLICAS POR INFILTRACIÓN DE RELLENOS REMOVIBLES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con la industria automotriz, la industria médica y de implantes quirúrgicos, la industria aeroespacíal y nuclear, específicamente con un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos mediante la infiltración de rellenos removibles.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En las últimas dos décadas, los metales porosos han sido de gran interés a nivel industrial debido a su combinación única de propiedades fisicoquímicas, las cuales se derivan de su estructura porosa (celular). Estas propiedades cambian considerablemente (con respecto a los metales compactos) según el tamaño, forma y cantidad de poros dentro del metal . Por lo que es posible producir metales porosos con propiedades específicas para cada uso.

De acuerdo a la conectividad entre sus poros o celdas, los metales porosos pueden ser clasificados en dos categorías: a) de poro cerrado, cuando no presentan conectivldad entre sus poros, también llamados espumas metálicas y b) de poro abierto, cuando presentan conectividad entre sus poros, también llamados esponjas metálicas, [G . J . Davies and S . Zhen “Metallic foams: their production, properties and applications" Journal of Materials Science 18 ( 1983) 1899-191 1 ] Este tipo de materiales metálicos porosos son de gran interés a nivel industrial debido a que pueden ser utilizados como materiales estructurales y en la fabricación de productos funcionales, debido a sus excepcionales propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, acústicas y qu ímicas [L. J . Gibson and M . F. Ashby “Cellular Solids: Structure and Properties” 2nd ed . Cambridge University Press-Cambridge UK (1997); J. Banhart and H . Eifert “Metal Foams" Verlag M IT Publishing-Bremen ( 1997) ; J . Banhart, M F. Ashby and N . A. Fleck “Metal Foams and Porous Metal Structures” Verlag MIT Publishing-Bremen (1999)].

Los metales porosos pueden ser fabricados mediante una gran diversidad de métodos [M . F. Ashby, A. G . Evans, N . A Fleck, L. J . Gibson , J . W.

Hutchinson and H . N . G . Wadlcy “Metal foams: a design guide” Butterworth-Heinemann USA (2000); J Banhart, “Manufacture, characterization and application of cellular metáis and metal foams” Progress in Materials Science 46 (2001 ) 559-632] Esta diversidad se incluye dentro de procesos en estado sólido, estado líquido y por deposición .

Dentro de los procesos en estado liquido el más utilizado es el de infiltración de rellenos removióles, conocido también como proceso de replicación (RP por sus siglas en inglés) . Este proceso es empleado para la producción de componentes metálicos porosos y fue perfeccionado por el Instituto Teenológico Federal de Suiza, [C. Gaillard, J . F. Despois and A. Mortensen "processing of NaCI powders of controlled size and shape for the microstructural tailoring of aluminium foams" Materials Science and Engineering A 374 (2004) 250-262] .

El método de infiltración de rellenos removibles consiste de cinco etapas [A. Pollien , Y. Conde, L. Pambaguian and A. Mortensen "Graded open-cell aluminium foam core sandwich beams" Materials Science and Engineering A 404 (2005) 9-18; J. Banhart, Procceedeng International Conference "Metal Foams and Porous Metal Structures" J . Banhart, M . F. Ashby and N . A. Fleck (Eds.) MIT Press-Verlag Bremen-Alemania ( 1999) 159-162]: 1 . Moldeo del relleno removible: se coloca el material de relleno dentro de un molde de forma definida. 2. Sinterizado del relleno removible: el molde con el material de relleno se coloca dentro de un horno para sinterizar el relleno y producir una preforma rígida de partículas interconectadas. 3. Fundición del metal: después de enfriada la preforma, se coloca sobre ésta el metal o aleación y se introduce nuevamente en el horno para aumentar su temperatura hasta que el metal o aleación alcance el estado líquido. 4. I nfiltración del metal: una vez fundido el metal o aleación, éste se infiltra en la preforma para llenar los espacios vacíos de la misma. 5. Disolución del relleno removible: después de solidificar el metal o aleación , el material de relleno se disuelve para obtener una esponja metálica.

Uno de los metales más utilizados en la fabricación de metales porosos utilizando el método de infiltración de rellenos removibles es el aluminio. En la tabla 1 se muestran los materiales que se utilizan para la fabricación de esponjas metálicas: Tabla 1. Materiales utilizados para la fabricación de esponjas metálicas La solicitud de patente europea No. 1 ,201 ,337 “Method for making porous metáis” describe un método para fabricar metales porosos, por medio del método de metalurgia de polvos. Los metales porosos obtenidos tienen porosidades entre el 60 y 95 % y pueden ser usados como filtros, absorbedores del sonido, para transferencia de calor y son producidos en un proceso simple usando polvos metálicos. El tipo de sal utilizado tiene una cierta plasticidad , es decir, si la sal varía plásticamente se asegura un contacto entre los granos de sal aplicando presión y así se previene el aislamiento de las partículas con el metal fundido. Sin embargo se utiliza el método de metalurgia de polvos donde se hace la mezcla de sal y metal en polvo y luego se somete a calentamiento para fundir el polvo metálico y formar la espuma, a diferencia de la presente invención donde el metal fundido es infiltrado en el lecho de sal y tanto la sinterización del relleno removible como la fundición e infiltración del metal en el relleno se realizan durante un mismo proceso de calentamiento. La solicitud de patente japonesa J P2007100176A “Method for producing foafned alumínum" hace referencia a un método para la producción de aluminio espumado, en donde un precursor que se compone de polvo de aluminio como matriz, se calienta y se espuma. Las partículas formadoras de las burbujas finas, que tienen un punto de fusión más alto que el del polvo de aluminio, son adicionadas en el precursor sin espumar (polvo de aluminio). Sin embargo, este procedimiento corresponde a espumado instantáneo y se realiza mediante procesos de metalurgia de polvos donde el polvo metálico es adicionado con un agente espumante y un agente afinador de las burbujas producidas. Después de formar el compacto, este es calentado a una temperatura tal que el metal es fundido y por descomposición del agente espumante el fundido es espumado y enfriado para formar una espuma metálica a diferencia de la presente invención donde el metal fundido es infiltrado en el lecho de sal. La solicitud de patente estadounidense No. US201 1 /0107875A1 “Method for filtering molten aluminum and molten aluminum alloys” trata de un método para filtrar y purificar aluminio y aleaciones de aluminio fundidas. El procedimiento se usa para la eliminación de impurezas presentes en el metal fundido como por ejemplo tierras alcalinas, calcio, litio y sodio. Sin embargo, el procedimiento consta en limpiar o eliminar impurezas de líquidos metálicos de aluminio o aleaciones de aluminio y purificarlos, y no es un proceso para la producción de espumas metálicas a diferencia de la presente invención. La patente china No. CN 101 ,220,422 "Technique for producing foamed aluminium with barometric-pressure low-pressure osmosis” describe una técnica para producir esponjas de aluminio con densidad y porosidad controlables, adoptando un método de infiltración del fundido con aire a baja presión , donde se pueden obtener esponjas con tamaños de poro menores a 2mm , con porosidades altas (86%) y densidades bajas (0.8 g/cm3) . Sin embargo, es necesario secar y comprimir el relleno removible, además la fundición del metal se hace dentro del mismo sistema en un solo calentamiento y no en un horno independiente, no se aplica presión para la infiltración, ya que por el hecho de que el dispositivo este en vacío, al momento de inyectar el gas dentro de la cámara el mismo efecto de vacio hace que los huecos en el lecho de sal se llenen . Por otra parte, se usa una máquma ultrasónica para limpiar la muestra y agua a presión para retirar la sal de la muestra, a diferencia de la presente invención. La patente estadounidense No. 5,384,203 "Foam metallic glass” describe una téenica para producir espumas metálicas. El procedimiento se basa en la descompresión repentina de un metal fundido y adicionado con un líquido volátil. Este líquido volátil es dispersado en el fundido por descompresión y posteriormente enfriado. Si el enfriamiento es lo suficientemente rápido (1 millón de grados por segundo) es posible obtener una esponja metálica vitrea. En general el método consiste en calentar el metal dentro de una cámara a una temperatura superior a su temperatura de fusión , inyectar un líquido burbujeante dentro del metal fundido para formar una mezcla, luego se realiza una descompresión rápida de la mezcla para producir una espuma metálica. Sin embargo, este proceso se realiza por medio de inyección de gas en el cual el metal es colocado y fundido dentro de una cámara, luego la presión dentro de la cámara es incrementada, posteriormente se inyecta el líquido espumador, el cual no se volatiliza dentro de la cámara que está a alta temperatura por que la presión es lo suficientemente alta para mantener al espumador en estado líquido, y se forma una mezcla metal-fund i do/líquido-espumado. Posteriormente se despresuriza la cámara y el líquido espumado pasa a estado gaseoso a causa de la alta temperatura y por diferencia de presiones, formando un metal líquido con burbujas en su interior. Luego se enfría y se obtiene una esponja metálica, a diferencia de la presente invención donde el metal fundido es infiltrado en el lecho de sal y no se usa ningún tipo de espumante, ni sólido ni líquido. La patente estadounidense No. 4,713,277 “Foamed metal and method of producing same” describe una téenica para producir aluminio espumado con tamaño de poro entre 2 y 10 mm. El método de espumado metálico hace parte de los métodos de fusión del metal con el que se produce la espuma metálica donde el metal es fundido. A este liquido metálico se le agrega del 0.2 al 8 % en peso de calcio metálico para ajustar su viscosidad . Luego se agrega del 1 al 3 % en peso de T i H 2 como agente espumante. El liquido es agitado mediante propelas o aspas, a una temperatura determinada (temperatura de descomposición del T i H 2 ) el agente espumante genera las burbujas dentro del liquido metálico, luego se enfría y asi se forma una espuma metálica. Sin embargo, se utiliza el proceso de espumado instantáneo donde el metal fundido es espumado por agitación mediante el uso de un agente espumante a diferencia de la presente invención donde el metal fundido es infiltrado en el lecho de sal.

Durante la infiltración de rellenos removibles es muy importante evitar que el metal se encuentre en contacto con el oxigeno del aire debido a su rápida oxidación producida a temperaturas elevadas, por lo que es necesario realizar esta etapa del proceso bajo dispositivo, s que permitan una atmósfera controlada. Por otra parte, es importante poder realizar tanto la sinterización del relleno removible como la fundición e infiltración del metal en el relleno durante un mismo proceso de calentamiento, que permita optimizar en tiempo y forma la realización del proceso. Por otra parte, también es muy importante conocer con exactitud la cantidad de metal que se debe fundir para llenar los espacios vacíos dentro del relleno removible y evitar la fundición de una cantidad de metal innecesaria lo que aumenta el consumo de energía, o una infiltración incompleta si la cantidad de metal fundido es menor a la necesaria para llenar los espacios vacíos dentro del relleno removible.

Por tal motivo, el proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos mediante la infiltración de rellenos removibles propuesto en la presente invención, permite sinterízar el relleno removible y fusionar e infiltrar el metal en un mismo proceso de calentamiento, optimizando en tiempo y forma la realización del proceso.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objetivo contar con un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos mediante la infiltración de rellenos removibles modificado que permita realizar de forma simultánea la sinterización del relleno removible y la fusión e infiltración del metal durante el mismo proceso de calentamiento, optimizando en tiempo y forma la realización del proceso.

Otro objetivo es contar con un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos que permita infiltrar la cantidad exacta de metal líquido en el relleno removible, evitando el desperdicio de material, que requiere además menos tiempo para su realización y reduce por lo tanto, el consumo de energía.

Asimismo, más objetos y ventajas de la presente invención podrán ser aparentes a partir del estudio de la presente descripción y las figuras que se acompañan con fines exclusivamente ilustrativos y no limitativos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención trata sobre un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos con tamaño de poro y porosidad controlada como lo son las espumas metálicas o las esponjas metálicas, utilizando metales puros o aleaciones metálicas, mediante el método conocido como infiltración de rellenos removibles (método conocido también como proceso de replicación, RP por sus siglas en inglés) modificado que comprende las etapas de a) preparación de los materiales, b) fundición del metal, c) infiltración del metal y d) disolución del relleno removible. Para realizar el proceso, se ingresa el material de relleno removible a un molde de forma definida y el metal puro o aleación metálica a un contenedor de forma definida y, mediante un sistema de ajuste o sujeción , se una conexión o unión de forma definida entre ellos y con las dimensiones necesarias para que se permita el paso del metal desde el contenedor hacia el molde cuando se encuentra en estado líquido. El molde ajustado al contenedor puede introducirse ya sea en un horno de atmósfera controlada o en un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce a un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Figura 1. Muestra el proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos: a) preparación de los materiales, b) fundición del metal, c) infiltración del metal y d) disolución del relleno removióle.

Figura 2. Muestra las esponjas metálicas fabricadas con el proceso objeto de la presente invención bajo condiciones de vacio: a) aluminio, b) zinc y c) magnesio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención consta de un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos con tamaño de poro y porosidad controlada, como lo son las espumas metálicas o las esponjas metálicas, utilizando metales puros y aleaciones metálicas, mediante el proceso de infiltración de rellenos removibles modificado el cual se caracteriza porque las etapas de fundición del metal y de infiltración del metal se llevan a cabo, lo mismo en un horno de atmósfera controlada que en un dispositivo de atmósfera controlada introducido en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente, en un mismo proceso de calentamiento lo que permite la eliminación de la etapa de sinterización del relleno removible, debido a que el contenedor que contiene el metal puro o aleación se encuentra en contacto directo arriba del molde que contiene el relleno removible, manteniendo la sujeción, ajuste o presión entre ellos a través de un medio de ajuste que puede encontrarse ya sea entre los moldes o en los extremos de los mismos evitando que se separen o se muevan y teniendo como conexión entre los moldes únicamente un orificio con dimensiones definidas de tal forma que permita el paso del metal cuando se encuentra en estado líquido, ya sea por gravedad o utilizando una diferencia de presión , proporcionando la cantidad exacta de metal o aleación metálica dentro del relleno removible. La cantidad de metal a fundir se calcula usando el volumen del molde que contiene el relleno removible (Vmoide = nr2L, para un molde cilindrico donde r = r a d i o y L = longitud) y el volumen del relleno removible, el cual se calcula a través de la masa de relleno contenida en el molde y su densidad (Vreiieno = nrire(ieno / Preiieno)· Por lo tanto, la masa de metal necesaria para llenar los espacios vacíos dentro del relleno removible es determinada por mmetai = pmetai*Vmetai, donde Vmetai es la diferencia entre el volumen del molde y el volumen del relleno removlble ( Vmeta Vmoide-V relleno) · El volumen de metal utilizado depende del espacio vacio dentro del relleno y este espacio vacío depende del tamaño de la partícula del relleno.

En la figura 1 se muestra el proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos, utilizando metales puros y aleaciones metálicas mediante el proceso de infiltración de rellenos removibles modificado, el cual comprende cuatro etapas: a) Preparación de los materiales. El material de relleno removible, ya sea de tipo orgánico o inorgánico, puede elegirse, pero sin limitar, de entre cloruro de sodio (NaCI), cloruro de calcio (CaC ), cloruro de potasio (KCI), carbonato de potasio (K2CO3) , carbonato de calcio (CaCO3), sulfato de magnesio (MgSO4 ) fluoruro de bario ( B a F 2 ) y poliestirenos, o un material de relleno no removible que puede elegirse, pero sin limitar, de entre esferas metálicas huecas y algún tipo de cerámico de forma esférica o granular, y se coloca dentro de un molde de forma definida ( A 1 ) . Posteriormente, se coloca el metal puro o la aleación el cual se puede elegir, pero sin limitar, de entre aluminio (Al), indio (In), cadmio (Cd) , zinc (Zn), estaño (Sn), plomo (Pb), magnesio (Mg) , cobre, plata, oro y sus aleaciones, dentro de un contenedor de forma definida ( A 2 ) . El contenedor que contiene el metal puro o aleación se encuentra en contacto directo arriba del molde que contiene el relleno re movible, manteniendo la sujeción, ajuste o presión entre ellos a través de un medio de ajuste que puede encontrarse ya sea entre los moldes o en los extremos de los mismos evitando que se separen o se muevan y teniendo como conexión entre los moldes únicamente un orificio con dimensiones definidas de tal forma que permita el paso del metal cuando se encuentra en estado líquido (A3). Una vez se hace la sujeción entre los moldes, éstos se introducen ya sea a un horno de atmósfera controlada o a un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente para realizar el ajuste de la atmósfera. Dependiendo de la atmósfera con la que se trabaje en su interior, la cual puede elegirse, pero sin limitar, de entre una atmósfera bajo condiciones de vacío, una atmósfera de gas inerte dinámica (con flujo continuo de gas inerte) y una atmósfera de gas inerte estática (a presión atmosférica y/o presión positiva), se ajusta el horno de atmósfera controlada o el dispositivo de atmósfera controlada el cual se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente. El vacío dentro del horno o dispositivo puede elegirse pero sin limitar, de entre -5 a -25 pulgadas de Hg . La presión interna dentro del dispositivo puede elegirse pero sin limitar, de entre 0.0 a 5.0 PSI (de presión atmosférica a 5.0 Psi). El gas inerte dentro del horno o dispositivo puede elegirse, pero sin limitar, de entre argón o helio. Si se requiere trabajar con el interior del horno de atmósfera controlada o del dispositivo de atmósfera controlada en vacío, la operación del sistema se realiza de la siguiente manera: i) Se hace la unión entre la bomba de vacío y la conexión para la bomba de vacío del horno o dispositivo. ii) Se conecta el tanque de gas inerte a la entrada de gas inerte del horno o dispositivo. ¡ii) Se prende la bomba de vacio. ¡v) Se abre la válvula de bola para alto vacío para evacuar el aire con la bomba de vacio y generar vacío dentro del horno o dispositivo. La válvula de aguja para alto vacio permanece cerrada. El manómetro indica el valor de la presión negativa o de vacío. v) Una vez alcanzado el valor de vacío que se desea, se cierra la válvula de bola para alto vacío del horno o dispositivo. v i ) S e abre la válvula de aguja para alto vacío del horno o dispositivo y se permite la entrada controlada de gas inerte hacia su interior hasta alcanzar presión atmosférica. La válvula de bola para alto vacío permanece cerrada. El manómetro debe indicar un valor de presión igual a 0.0 PSI . v i i ) Se cierra la válvula de aguja para alto vacio del horno o dispositivo. viii) Se repiten los pasos iv al vii entre tres y cinco veces (purgas) para garantizar una atmósfera dentro del horno o dispositivo con el menor contenido de aire posible. i x ) S e abre la válvula de bola para alto vacío para evacuar el gas inerte con la bomba de vacio y generar vacío dentro del horno o dispositivo. La válvula de aguja para alto vacío permanece cerrada. El manómetro indica el valor de la presión negativa o de vacío. x) U na vez alcanzado el valor de vacio que se desea, se cierra la válvula de bola para alto vacío del horno de atmósfera controlada o del dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente.

Si se requiere trabajar con un horno de atmósfera controlada o con un dispositivo de atmósfera controlada en flujo constante de gas inerte (atmósfera dinámica), se realizan los pasos i al v i i i , y se mantienen abiertas las válvulas para permitir la circulación constante de gas inerte dentro del horno o dispositivo, desconectando previamente la manguera de látex de la bomba de vacío y colocándola en una campana de extracción de gases.

Si se requiere trabajar con un horno de atmósfera controlada o con el dispositivo de atmósfera controlada con el interior en gas inerte (atmósfera estática), se realizan los pasos i al vi i i y se abre la válvula de aguja para alto vacío del horno o dispositivo y se permite la entrada de gas inerte hasta alcanzar una presión de 0.0 PSI en el manómetro. Luego se cierra la válvula y se deja el horno o dispositivo con atmosfera inerte. Si durante el proceso la presión dentro de la cámara supera los 5.0 PSI , se recomienda abrir la válvula para evacuar parte del gas inerte y mantener la presión en 5.0 PSI b) Fundición del metal (Bi ): La fundición del metal se realiza de la siguiente manera cuando se trabaja con el horno de atmósfera controlada o con el dispositivo de atmósfera controlada con el interior en vacío: • Se abre la válvula para evacuar el gas inerte con la bomba de vacío y generar vacío dentro del horno o dispositivo. La válvula permanece cerrada. El manómetro indica el valor de la presión negativa o de vacío.

• Una vez alcanzado el valor de vacío que se desea, se cierra la válvula del horno o dispositivo.

• Se eleva la temperatura del horno de atmósfera controlada o del horno de resistencias eléctricas convencional, desde la temperatura ambiente ( T = 250 C ) hasta la temperatura de fundición (T> 100°C) del metal puro o aleación metálica con que se desea fabricar el componente metálico poroso, a una velocidad de calentamiento controlada. La velocidad de calentamiento puede elegirse, pero sin limitar, de entre 5°C/min a 20°C/min . La temperatura de fundición del metal puro o aleación metálica puede elegirse, pero sin limitar, de entre 100 a 1 ,000°C.

• Se mantiene el horno a la temperatura de fundición del metal puro o aleación metálica (T> 100°C), durante 45 minutos para garantizar la fundición total del metal dentro del contenedor que contiene el metal.

Infiltración del metal. Una vez fundido el metal o aleación , el metal liquido es infiltrado en los espacios vacíos dejados por el material de relleno removible dentro del molde que lo contiene, bien sea por gravedad o ejerciendo presión (Ci ) y se realiza de la siguiente manera: Se abre lentamente la válvula de aguja para alto vacio y se permite la entrada controlada de gas inerte hasta alcanzar presión atmosférica (0.0 PSI). El gas inerte ejerce presión sobre el líquido metálico y lo evacúa por el orificio con dimensiones definidas que se encuentra entre el contenedor que contiene el metal líquido y el molde que contiene el relleno removible, infiltrando el metal en los espacios vacíos dejados por el relleno removible.

• Se disminuye la temperatura del horno desde la temperatura de fundición del metal puro o aleación metálica (T> 100°C) hasta temperatura ambiente (T = 25°C) a una velocidad de enfriamiento controlada.

• Se abre la válvula de bola para alto vacío del horno o dispositivo para evacuar los gases internos, generados durante el proceso, con la bomba de vacío.

• Se retira el contenedor y el molde o el dispositivo de atmósfera controlada y se extrae el compacto metal/relleno removible. d) Disolución del relleno removible. Una vez solidificado el metal o aleación , el compacto que contiene el relleno removible con el metal infiltrado, es retirado y el material de relleno es eliminado por disolución en un disolvente para finalmente obtener un componente metálico poroso. La cantidad de disolvente para la disolución del relleno removible puede elegirse, pero sin limitar, de entre 7 A 200 mililitros de disolvente por centímetro cúbico de relleno removible por Inmersión , preferentemente 100 mililitros de disolvente por inmersión.

La disolución puede elegirse, pero sin limitar, de sin agitación o con agitación controlada, preferentemente con agitación controlada. El disolvente puede elegirse, pero sin limitar, de entre agua destilada, etanol , metanol , propanol , isopropanol , cloroformo, hexano, benceno, tolueno, tetracloruro de carbono y acetona a temperatura ambiente durante periodos que pueden elegirse, pero sin limitar, de entre media hora o dos horas por vez y de 2 a 4 veces, preferentemente una hora y dos veces, respectivamente. La cantidad de material de relleno eliminada es verificada por diferencia de pesos antes y después de la disolución . Posteriormente, la esponja metálica es secada con papel absorbente a temperatura ambiente (Di ).

Las principales ventajas que ofrece el proceso aquí propuesto como invención , comparado con los procesos usados para la fabricación de metales porosos son: • El proceso es fácil de realizar.

• Para las etapas de fundición del metal y de infiltración del metal liquido se puede utilizar cualquier horno de atmósfera controlada o un horno convencional de resistencias eléctricas.

• El proceso se puede usar para la fabricación de componentes metálicos porosos en una amplia gama de metales puros de bajo punto de fusión y de sus distintas aleaciones, y no se limita a un metal en particular.

• El proceso permite la eliminación de la etapa de sinte rización del relleno removible, requiriendo menor tiempo y consumo de energía para llevar a cabo el proceso completo de obtención de componentes metálicos porosos.

El proceso, empleando el molde que contiene el relleno removlble y el contenedor del metal puro o aleación metálica los cuales se mantienen ajustados y unidos a través de un medio de ajuste que puede encontrarse ya sea entre los moldes o en los extremos de los mismos evitando que se separen o se muevan y teniendo como conexión entre los moldes únicamente un orificio con dimensiones definidas de tal forma que permita el paso del metal cuando se encuentra en estado líquido, permite obtener esponjas metálicas con el 100% de poros interconectados. Lo anterior se debe a que las partículas del material de relleno permanecen inmóviles y en contacto, a causa de la presión ejercida por el contenedor que contiene el metal puro o aleación metálica sobre el molde que contiene el relleno removible.

El proceso, cuando se realiza en un dispositivo con atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional para la fundición e infiltración del metal líquido, requiere una menor cantidad de gas inerte y menor tiempo para cada purga de la atmósfera, un menor número de purgas y menores requerimientos de mano de obra, por lo que resulta ser mucho más económico.

EJEMPLOS Esponja de aluminio. En la figura 2a se muestra una esponja metálica de aluminio obtenida mediante el proceso de infiltración de rellenos removibles modificado propuesto en la presente invención utilizando un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional . La esponja se obtuvo utilizando el proceso establecido para el uso del dispositivo con su interior en vacío. Se utilizó NaCI como relleno removible con una granulometría de entre 4 mm a 4.8 mm . El proceso se realizó calentando el horno de resistencias eléctricas desde temperatura ambiente ( 250 C ) hasta los 750°C a una velocidad de calentamiento de 10°C/min . El horno se mantuvo a 750°C durante 45 minutos para garantizar la fundición total del aluminio. Posteriormente, se llevó a cabo la infiltración del relleno removible con el aluminio en estado líquido, cuyo volumen se mantuvo en una proporción entre 40% y 50% respecto a la diferencia entre el volumen del molde y el volumen del relleno removible. Se permitió la entrada de argón a la cámara de vacío hasta alcanzar presión atmosférica. Después, se disminuyó la temperatura del horno desde los 750°C hasta temperatura ambiente ( 250 C ) a una velocidad de enfriamiento de 10°C/min. Finalmente, se retiró el compacto NaCI-Aluminio y el NaCI fue disuelto en un litro de agua destilada a temperatura ambiente con agitación durante una hora a temperatura ambiente, dos veces, para obtener la esponja de aluminio con tamaño de poro de 4 mm a 4.8 mm, densidad relativa de 34.7% y una porosidad de 65.3%.

Esponja de zinc. En la figura 2b se muestra una esponja metálica de zinc obtenida mediante el proceso de infiltración de rellenos removibles modificado propuesto en la presente invención utilizando un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional. La esponja se obtuvo utilizando el proceso establecido para el uso del dispositivo con su interior en vacío. Se utilizó NaCI como relleno removible con una granulometria de entre 3.3 mm y 4 mm. El proceso se realizó calentando el horno desde temperatura ambiente ( 250 C ) hasta los 500°C a una velocidad de calentamiento de 10°C/min. El horno se mantuvo a 500°C durante 45 minutos para garantizar la fundición total del zinc. Posteriormente, se llevó a cabo la infiltración del relleno removible con el zinc en estado líquido, cuyo volumen se mantuvo en una proporción entre 40% y 50% respecto a la diferencia entre el volumen del molde y el volumen del relleno removible.

Se permitió la entrada de argón a la cámara de vacío hasta alcanzar presión atmosférica. Después, se disminuyó la temperatura del horno desde los 500°C hasta temperatura ambiente ( 250 C ) a una velocidad de enfriamiento de 10°C/min . Finalmente, se retiró el compacto NaCI-Zinc y el NaCI fue disuelto en un litro de agua destilada a temperatura ambiente con agitación durante una hora a temperatura ambiente, dos veces, para obtener la esponja de zinc con tamaño de poro de 3.3 mm a 4 mm, densidad relativa de 32.2% y una porosidad de 67.8% .

Esponja de magnesio. En la figura 2c se muestra una esponja metálica de magnesio obtenida mediante el proceso de infiltración de rellenos removibles modificado propuesto en la presente invención utilizando un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional . La esponja se obtuvo utilizando el proceso establecido para el uso del dispositivo con su interior en vacio. Se utilizó NaCI como relleno removible con una granulometria de entre 2 mm y 3.3 mm . El proceso se realizó calentando el horno desde temperatura ambiente ( 250 C ) hasta los 750°C a una velocidad de calentamiento de 100 C / m i n . El horno se mantuvo a 750°C durante 45 minutos para garantizar la fundición total del magnesio. Posteriormente, se llevó a cabo la infiltración del relleno removible con el magnesio en estado líquido, cuyo volumen se mantuvo en una proporción entre 40% y 50% respecto a la diferencia entre el volumen del molde y el volumen del relleno removible. Se permitió la entrada de argón a la cámara de vacío hasta alcanzar presión atmosférica. Después, se disminuyó la temperatura del horno desde los 750°C hasta temperatura ambiente (25°C) a una velocidad de enfriamiento de 10°C/min . Finalmente, se retiró el compacto NaCI-Magnesio y el NaCI fue disuelto en un litro de agua destilada a temperatura ambiente con agitación durante 30 minutos a temperatura ambiente. Posteriormente, la esponja fue sumergida en 100 mi de etanol, dos veces, para retirar el agua remanente y evitar la rápida oxidación del magnesio, y obtener la esponja de magnesio con tamaño de poro de 2 mm a 3.3 mm, densidad relativa de 37.1 % y una porosidad de 62.9%.

La invención ha sido descrita suficiente y claramente de manera que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que se mencionan en la presente invención . Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la téenica en el que se circunscribe la presente invención puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de un dispositivo o método se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas modificaciones deberán entenderse dentro del alcance de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito el invento, se considera como novedad y se reclama por tanto como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1 . Un proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos mediante la infiltración de rellenos removibles modificado, comprende llevar a cabo, por lo menos una vez, cada una de las siguientes etapas: a. Preparar los materiales, se coloca el metal puro o la aleación metálica dentro del contenedor y el relleno removible al molde, ambos se Introducen ya sea a un horno de atmósfera controlada o a un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente para realizar el ajuste de la atmósfera, caracterizado porque el contenedor que contiene el metal puro o aleación se encuentra en contacto directo con el molde que contiene el relleno removible, manteniendo la sujeción , ajuste o presión entre ellos a través de un medio de ajuste que puede encontrarse ya sea entre los moldes, en los extremos o a lo largo y ancho de los mismos evitando que se separen o se muevan y teniendo como conexión entre los moldes únicamente un orificio con dimensiones definidas de tal forma que permita el paso del metal cuando se encuentra en estado líquido, b. Fundir el metal, el contenedor junto con el molde se colocan ya sea, dentro de un horno de atmósfera controlada o de un dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente y es calentado hasta que el metal puro o aleación metálica dentro del contenedor alcance el estado líquido, c. Infiltrar el metal, una vez fundido el metal puro o aleación metálica, el líquido metálico pasa por el orificio con dimensiones definidas y se infiltra en los espacios vacíos dejados por el material de relleno dentro del molde, bien sea por gravedad o ejerciendo presión, d . Disolver el relleno removible, una vez solidificado el metal o aleación, el compacto metal-relleno es retirado del horno de atmósfera controlada o del dispositivo de atmósfera controlada que se introduce en un horno de resistencias eléctricas convencional e independiente y el material de relleno es eliminado por disolución en un disolvente para finalmente obtener una esponja metálica,

2. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el relleno removible que se utiliza en la preparación de materiales de la etapa a) se obtiene de materiales que pueden elegirse de entre cloruro de sodio (NaCI), cloruro de calcio ( C a C 12 ) , cloruro de potasio (KCI) , carbonato de potasio (K2CO3), carbonato de calcio (CaC03), sulfato de magnesio ( M g S O 4 , ) fluoruro de bario ( B a F 2 ) y poliestirenos.

3. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el relleno no removible que se utiliza en la preparación de materiales de la etapa a) se obtiene de materiales que pueden elegirse de entre esferas metálicas huecas, de tipo cerámico de forma esférica o granular.

4. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el metal puro o aleación metálica que se utiliza en la preparación de materiales de la etapa a) puede elegirse de entre aluminio, indio, cadmio, zinc, estaño, plomo, magnesio, cobre, plata, oro, y sus aleaciones.

5. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la temperatura de fundición del metal puro o aleación metálica que se utiliza en la fundición de la etapa b) puede elegirse de entre 100 a 1 ,000°C.

6. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la velocidad de calentamiento del horno para la fundición de la etapa b) puede elegirse de entre 5°C/min a 20°C/min.

7. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la disolución del relleno removible de la etapa d) se lleva a cabo por Inmersión, 2 a 4 veces, en un disolvente durante periodos de 0.5 a 2 horas por vez.

8. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 y 7 caracterizado porque el disolvente que se utiliza para la disolución del material de relleno removible de la etapa d) se utiliza en una cantidad que puede elegirse de entre 7 a 200 mililitros de disolvente por centímetro cúbico de relleno removible para cada inmersión y puede elegirse de entre agua destilada, etanol, metanol, propanol, isopropanol, cloroformo, hexano, benceno, tolueno, tetracloruro de carbono y acetona.

9. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la disolución del relleno removible de la etapa d) puede elegirse de entre con agitación controlada y no controlada.

10. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la atmósfera controlada dentro del horno o dispositivo puede elegirse de entre una atmósfera estática de gas inerte, una atmósfera dinámica de gas inerte o vacío.

1 1. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 y 10 caracterizado porque el vacio dentro del horno o dispositivo puede elegirse de entre -5 a -25 pulgadas de Hg.

12. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 y 10 caracterizado porque el gas inerte dentro del horno o dispositivo puede elegirse de entre argón o helio.

13. El proceso para la fabricación de componentes metálicos porosos de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque permite infiltrar la cantidad exacta de metal liquido en el relleno removible.