MXPA06015094A

MXPA06015094A - Composicion metalurgica que comprende negro de humo como agente mejorador de flujo.

Info

Publication number: MXPA06015094A
Application number: MXPA06015094A
Authority: MX
Inventors: Naghi Solimnjad
Original assignee: Hoeganaes Ab
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-03-01
Also published as: BRPI0511392A; BRPI0511392B1; RU2007104034A; JP4832433B2; RU2348486C2; ES2376067T3; EP1773526B1; CN1976774B; AU2005260140A1; CN101890496B; SE0401778D0; PL1773526T3; BR122014008448B1; CN1976774A; CA2572131C; ATE531467T1; TWI303193B; AU2005260140B2; KR20070027758A; JP2008505249A

Abstract

La invencion se relaciona con una composicion pulvimetalurgica que comprende polvo de hierro o basado en hierro y una cantidad menor, es decir de 0.001-0.2% en peso de negro de humo. El negro de humo actua como agente mejorador del flujo.

Description

COMPOSICIÓN METALÚRGICA QUE COMPRENDE NEGRO DE HUMO COMO AGENTE MEJORADOR DE FLUJO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con composiciones pulvimetalúrgicas basadas en hierro. Más particularmente, la presente invención se relaciona con composiciones que contienen agentes de fluencia para mejorar la fluidez, pero también para mejorar la densidad aparente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las composiciones pulvimetalúrgicas son bien conocidas para la producción de partes pulvimetalúrgicas. La producción de partes pulvimetalúrgicas incluyen el llenado del polvo en una herramienta de compactación, la compactación del polvo y sinterización subsiguiente del cuerpo compactado. Un prerrequisito para el llenado del polvo es que el polvo fluye libremente y tiene un flujo suficiente. Para obtener una velocidad de producción elevada es esencial una alta velocidad de flujo obteniendo bajos costos de producción y una mejor economía por cada parte producida. Otro factor que es esencial para la eficiencia de producción y la economía es la densidad aparente. La densidad aparente es esencial para el diseño de la herramienta. El polvo con baja densidad aparente necesita mayor altura de llenado lo cual da como resultado herramientas de presión innecesariamente altas, y esto a su vez resultará en recorridos de compactación más largos y desempeños de presión menores. Los agentes que mejoran las propiedades del flujo se conocen con anterioridad. Por lo tanto la patente de US 3 357 818 describe que para este fin puede usarse ácido silícico. La patente de US 5 782 954 describe que se puede emplear el metal, los óxidos metálicos o dióxido de silicio como agentes de fluencia. Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición pulvimetalúrgica con propiedades del polvo mejoradas tales como fluidez y densidad aparente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se ha encontrado inesperadamente que al agregar una pequeña cantidad de negro de humo, a una composición en polvo basada en hierro, se pueden mejorar las propiedades de la composición en polvo. Adicionalmente la adición de cantidades controladas de negro de humo no deteriorarán las propiedades de las partes sin cocción y sinterizadas de la nueva composición basada en hierro pero estas propiedades aún pueden mejorarse.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Generalmente las composiciones metalúrgicas contienen un polvo de hierro o basado en hierro y un lubricante. Las composiciones pueden incluir también un agente aglutinante, grafito u otros elementos de aleación.

También pueden incluirse materiales en fase dura, material formador en fase líquida y agentes mejoradores del maquinado. El polvo basado en hierro puede ser de cualquier tipo de polvo basado en hierro tal como polvo de hierro atomizado con agua, polvo de hierro reducido, polvo basado en hierro previamente aleado o polvo de difusión basado en hierro aleado. Tales polvos son por ejemplo, el polvo de hierro ASC100.29, el polvo de difusión basado en hierro aleado Distaloy AB que contiene Cu, Ni y Mo, el polvo basado en hierro Astaloy CrM y Astaloy CrL previamente aleado con Cr y Mo, todos disponibles de Hóganás AB, Suecia. La cantidad de negro de humo en la composición del polvo basado en hierro de conformidad con la invención está entre 0.001 y 0.2% en peso, preferentemente entre 0.01 y 0.2%. El tamaño de partícula primaria del negro de humo es preferentemente inferior a 200 nm, más preferentemente inferior a 100 nm y con mayor preferencia menor que 50 nm. El área superficial específica está en una modalidad preferida entre 150 y 1000 m2/g medida por el método BET. Sin embargo, es posible usar otros tipos de negro de humo que tengan otras áreas superficiales y tamaños de partícula primaria.

El negro de humo normalmente es un relleno en el material de caucho y como pigmentos colorantes. También se usa por su conductividad eléctrica, en productos para reducir la electricidad estática. El negro de humo junto con hierro o polvos basados en hierro se describen en la patente de EUA 6 602 315. Esta patente describe una composición en la que un polvo de aleación está aglutinado a un polvo basado en hierro por medio de un aglutinante, al cual puede agregarse el negro de humo. La patente de EUA 6 602 315 no describe ningún contenido, tamaño de partícula o efecto del negro de humo y solamente es relevante como material aglutinante. También la solicitud de patente japonesa JP 7-157838, describe una composición que contiene negro de humo. Aquí el propósito del negro de humo es desoxidar un material base. Las composiciones de conformidad con la presente invención pueden incluir también elementos de aleación seleccionados del grupo que consiste de grafito, Cu, Ni, Cr, Mn, Si, V, Mo, P, W, S y Nb. Con el fin de mejorar la compresibilidad del polvo y para facilitar la expulsión del componente sin cocer puede agregarse un lubricante o una combinación de diferentes lubricantes a la composición pulvimetalúrgica. El lubricante puede estar presente como polvo en partículas o aglutinado a la superficie del polvo basado en hierro. Al agregar un agente aglutinante disuelto en un solvente seguido por evaporación del solvente el lubricante puede aglutinarse a la superficie del polvo de hierro. El aglutinante también puede agregarse en su estado líquido natural con una capacidad de formar una película alrededor del polvo basado en hierro. Otra alternativa es el uso de los lubricantes como agentes aglutinantes mediante el calentamiento de la composición por arriba del punto de fusión del lubricante o por arriba del punto de fusión de al menos uno de los componentes del lubricante seguido por enfriamiento de la composición hasta una temperatura inferior al punto de fusión. Los lubricantes pueden seleccionarse del grupo que consiste de ácidos grasos, ceras de amidas tales como etilén bisestearamida (EBS), u otros derivados de ácidos grasos tales como estearatos de metales, polialquilenos tales como polietileno, poliglicoles, olímeros de amidas, u oligómeros de amidas. Preferentemente los lubricantes se seleccionan del grupo que consiste de polialquilenos, ceras de amidas, polímeros de amidas, u oligómeros de amidas. Los aglutinantes se seleccionan del grupo que consiste de resinas de esteres de celulosa, resinas fenólicas termoplásticas de alto peso molecular, resinas de hidroxialquilcelulosa, y mezclas de los mismos.

Preferentemente los aglutinantes se seleccionan del grupo de resinas de esteres de celulosa y resinas de hidroxialquilcelulosa. Otras posibilidades son los agentes mejoradores de la capacidad de maquinado, material en fase dura y agente formados de fase líquida. De conformidad con una modalidad preferida el negro de humo se usa como agente de fluencia en mezclas aglutinadas, es decir, en mezclas, en las que el polvo más fino por ejemplo, de partículas elementales de aleación están aglutinadas por medio de un agente aglutinante a la superficie del hierro o a las partículas en polvo basadas en hierro, debido a que estas mezclas frecuentemente poseen propiedades de fluencia pobres. Cuando se usan en mezclas aglutinadas, el negro de humo se agrega preferentemente después de que se ha efectuado la operación de aglutinado. La operación de aglutinado puede lograrse calentando la mezcla durante un mezclado a una temperatura superior al punto de fusión del agente aglutinante y enfriando la mezcla hasta que el aglutinante ha solidificado. El aglutinante también puede agregarse disuelto en un solvente. La operación de aglutinado en este caso se logra por evaporación del solvente por medio de calentamiento o por vacío. La composición es compactada y sinterizada para obtener la parte pulvimetalúrgica final. La invención se ilustra además por medio de los siguientes ejemplos no limitantes: EJEMPLO 1 Se seleccionaros tres tipos de negro de humo con varias áreas específicas y tamaños de partícula de conformidad con el cuadro 1. El área superficial específica se determinó por el método BET. El tamaño de partícula se midió por microscopía electrónica y se refiere al tamaño de partícula primaria del negro de humo.

CUADRO 1 * Disponible de Degusa AG, Alemania El polvo basado en hierro ASC100.29 , disponible de Hóganás AB, Suecia se mezcló con 0.77% en peso de grafito, 0.8% de un sistema de aglutinante/lubricante (consistente en 0,2% de polietileno (Polywax 650) y 0.6% de etilén bisestearamida (EBS)). La mezcla se calentó durante el mezclado a una temperatura superior al punto de fusión del Polywax y enfriado subsiguiente. A una temperatura inferior al punto de fusión del Polywax, se agregó 0.03% de negro de humo. Se probaron tres tipos diferentes de negro de humo de acuerdo con el cuadro 1. Se prepararon dos muestras como mezclas de referencia. La mezcla de referencia C se preparó de acuerdo con las mezclas de prueba excepto que se agregó 0.8% de grafito y ningún agente de fluencia. En la mezcla de referencia R se agregaron 0.8% de grafito y 0.06% de Aeriosil® A-200 disponible de Degussa AG. Se midieron las propiedades de los polvos. La propiedad de fluencia de midió usando el método estándar, copa de flujo Hall de conformidad con IDO 4490 y la densidad aparente, AD (por sus siglas en inglés) se midió usando el método estándar ISO 3923. Los resultados de las propiedades de los polvos se presentan en el Cuadro 2.

CUADRO 2 Las pruebas muestran que la adición de negro de humo a una mezcla pulvimetalúrgica mejora la velocidad de flujo y de la AD en comparación con la mezcla sin ningún agente de fluencia. La adición de CB1 mejora el flujo y la AD en comparación con la adición de un agente de fluencia conocido mientras que la adición de CB2 y CB3 proporcionan aproximadamente el mismo mejoramiento en el flujo pero una mayor AD en comparación con la adición del agente de fluencia A-200.

EJEMPLO 2 Se seleccionó negro de humo CB 1 con el fin de determinar la cantidad adicionada óptima a la mezcla en polvo basada en hierro. Las mezclas se prepararon de conformidad con la descripción del ejemplo 1 . Las cantidades adicionadas de elementos de aleación, aglutinante/lubricante, agente de fluencia y grafito se muestran en el cuadro 3. Se prepararon mezclas de referencia, R1 sin agentes de fluencia y R2 con un agente de fluencia comercial, el cual es Aerosil® A-200 disponible de Degussa AG.

CUADRO 3 Se compactaron piezas de prueba de conformidad con ISO 2740 a una presión de 600 MPa a temperatura ambiente y se sinterizaron a 1120°C en una atmósfera de N2/H2 90/10. En el Cuadro 4 se presentan las propiedades mecánicas para las composiciones en polvo de conformidad con el cuadro 3.

CUADRO 4 Como puede verse del cuadro 4 una cantidad agregada de 0.06% de negro de humo influirá en la resistencia a la tracción, TS, resistencia a la deformación elástica, YS (por sus siglas en inglés), y al alargamiento, A. La influencia en las propiedades mecánicas es despreciable cuando se adicionan cantidades de 0.4% en peso, y menores, de negro de humo.

EJEMPLO 3 El ejemplo 3 muestra que el nuevo agente de fluencia puede usarse en composiciones para compactación caliente. Se preparó de las mezclas de prueba, B5 y una mezcla de referencia, R3, de 3000 gramos, respectivamente, de la siguiente manera. Se mezcló perfectamente durante calentamiento a 45°C una mezcla como referencia de 60 gramos de polvo de cobre, 24 gramos de grafito, 13.5 gramos de un lubricante de alta temperatura Promold® disponible de Morton International de Cincinnati, Ohio, EUA y el resto polvo de hierro, ASC 100.29. Además, se agregaron 4.5 gramos de resina de éster celulósica disuelta en acetona y la mezcla se mezcló durante 5 minutos. Durante un segundo periodo de mezclado de 10-30 minutos, manteniendo una temperatura de 45°C del material, el solvente se evaporó. Finalmente, se adicionó como agente de fluencia 1.8 gramos de Aerosil® A-200 y se mezcló perfectamente. Se mezcló perfectamente durante calentamiento a 45°C una mezcla de 60 gramos de polvo de cobre, 23.1 gramos de grafito, 13.5 gramos de un lubricante de alta temperatura Promold® disponible de Morton International de Cincinnati, Ohio, EUA y el resto polvo de hierro, ASC 100.29. Además, se agregaron 4.5 gramos de resina de éster celulósica disuelta en acetona y la mezcla se mezcló durante 5 minutos. Durante un segundo periodo de mezclado de 10-30 minutos, manteniendo una temperatura de 45°C del material, el solvente se evaporó. Finalmente, se adicionó como agente de fluencia 0.9 gramos de negro de humo y se mezcló perfectamente. Se midieron el flujo y la AD de ambas mezclas de conformidad con ASTM B 213 a una temperatura de 120°C. En el cuadro 5 puede observarse que se logró un incremento sustancial en la AD para la mezcla en polvo de conformidad con la invención, se logró sustancialmente la misma velocidad de flujo para la composición que contenía el nuevo agente de fluencia en comparación con la composición que contenía un agente de fluencia conocido.

CUADRO 5 EJEMPLO 4 El ejemplo 4 muestra que el nuevo agente de fluencia puede usarse combinado con diferentes polvos basados en hierro. Las mezclas se prepararon de conformidad con el método del ejemplo 1 y se usó el mismo sistema de aglutinante/lubricante como en el ejemplo 1. El polvo basado en hierro usado y la cantidad de aditivos se muestran en el cuadro 6. Las identificaciones RA, RB, RC, RE y RF indican que las mezclas son mezclas de referencia que contienen 0.06% de agente de fluencia Aerosil A-200, disponible de Degussa AG. Las identificaciones C, E, y F indican que las mezclas son mezclas de referencia sin ningún agente de flujo. Se usó negro de humo en todas las mezclas. Los polvos de hierro y basado en hierro fueron utilizados: ASC 100.29, solo polvo de hierro atomizado de Hoganás AB. Distaloy AB, un polvo de difusión basado en hierro aleado conteniendo Cu, Ni y Mo de Hóganás AB. Astaloy CrM, un polvo basado en hierro previamente aleado conteniendo Cr y Mo de Hóganás AB. Astalou CrL, un polvo basado en hierro previamente aleado conteniendo Cr y Mo de Hóganás AB.

CUADRO 6 CUADRO 6 (Continuación) Se midieron las propiedades de los polvos de las mezclas en polvo. Se compactaron piezas de prueba de conformidad con ISO 2740 a una presión de 600 MPa a temperatura ambiente, y se sinterizaron a 1120°C en atmósfera de N2/H2 90/10. Se determinaron propiedades mecánicas tales como resistencia antes de la cocción, GS (por sus siglas en inglés), cambios dimensionales, DC (por sus siglas en inglés), así como densidad sinterizada, SD (por sus siglas en inglés), y los resultados se presentan en el cuadro 7 CUADRO 7 CUADRO 7 (Continuación) El cuadro 7 muestra que el negro de humo proporciona un flujo, AD y resistencia antes de la cocción, mejorados en mezclas que tienen diferentes polvos base en comparación con mezclas que contiene un agente de fluencia conocido.

EJEMPLO 5 El ejemplo 5 muestra que el nuevo de agente de fluencia también mejora el flujo de una mezcla sola sin ningún agente aglutinante (mezcla no aglutinada). Se prepararon 3 mezclas que contenían polvo de hierro ASC100.29, 2% de polvo de cobre, 0.05% de grafito, 0.8% de etilén bisestearamida como lubricante y cantidades diferentes de negro de humo, CB1 , de acuerdo con el cuadro 8 se uso una mezcla sin negro de humo como mezcla de referencia. Se midió la velocidad de flujo en las diferentes mezclas.

CUADRO 8 Como puede observarse en el cuadro 8 las adiciones de negro de humo a las mezclas no aglutinadas mejoran la velocidad de flujo.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Una composición pulvimetalúrgica que comprende un polvo de metal de hierro o basado en hierro, un lubricante y/o un aglutinante, y negro de humo, en donde la cantidad de negro de humo está entre 0.001 y 0.2% en peso.

2. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la cantidad de negro de humo está entre 0.01 y 0.1 % en peso.

3. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño de la partícula del negro de humo es inferior a 200 nm.

4. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño de partícula del negro de humo es inferior a 100 nm.

5. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño de partícula del negro de humo es inferior a 50 nm.

6. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el área superficial específica es superior a 100 m2/g.

7. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el área superficial específica es superior a 100 m2/g.

8. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el área superficial especifica es superior a 150 m2/g.

9. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el área superficial específica es superior a 150 m2/g.

10. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el área superficial específica es superior a 200 m2/g.

11. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el área superficial específica es superior a 200 m2/g.

12. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende aditivos seleccionados del grupo que consiste de elementos papa aleación, agentes mejoradores de la capacidad de maquinado, material en fase dura y agentes formadores de fase líquida.

13. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque comprende aditivos seleccionados del grupo que consiste de elementos papa aleación, agentes mejoradores de la capacidad de maquinado, material en fase dura y agentes formadores de fase líquida.

14. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque comprende aditivos seleccionados del grupo que consiste de elementos papa aleación, agentes mejoradores de la capacidad de maquinado, material en fase dura y agentes formadores de fase líquida.

15. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque comprende aditivos seleccionados del grupo que consiste de elementos papa aleación, agentes mejoradores de la capacidad de maquinado, material en fase dura y agentes formadores de fase líquida.

16. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque los elementos de aleación se seleccionan del grupo que consiste de grafito, Cu, Ni, Cr, Mn, Si, V, Mo, P, W, S, y Nb.

17. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque los elementos de aleación se seleccionan del grupo que consiste de grafito, Cu, Ni, Cr, Mn, Si, V, Mo, P, W, S, y Nb.

18. La composición pulvimetalúrgica de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque las partículas de al menos un elemento de aleación seleccionado del grupo que consiste de grafito, y cobre están aglutinados a partículas de hierro o basadas en hierro.

19. El uso de negro de humo como un agente mejorador del flujo en composiciones basadas en hierro.