PT598431E

PT598431E - Producao de fieiras a partir de uma liga de ouro-platina-paladio-rodio

Info

Publication number: PT598431E
Application number: PT93203082T
Authority: PT
Inventors: Joseph Maria Van Der Zel
Original assignee: Elephant Dental Bv
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1993-11-03
Publication date: 2000-07-31
Also published as: ATE189706T1; NL9201956A; ES2145024T3; EP0598431A1; GR3033383T3; JP3383694B2; DK0598431T3; EP0598431B1; DE69327830T2; JPH073411A; US5472333A; DE69327830D1

Description

DESCRIÇÃO "PRODUÇÃO DE FIEIRAS A PARTIR DE UMA LIGA DE OURO-PLATINA-PALÁDIO-RÓDIO "

ÁREA DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se a um método para produzir um produto a partir de uma liga de ouro-platina-paládio-ródio, em particular uma fieira a qual é apropriada para uso na produção de fibras sintéticas.

Fibras sintéticas são obtidas por estiramento, com ou sem pressão, a partir de uma solução química complexa por intermédio de uma fieira com finas perfurações ou orifícios. Estas perfurações são por exemplo efectuadas com a ajuda de uma haste de safira. O que se segue é o esperado de uma boa fieira: 1. um longo período de tempo na prensa de fibras antes de ter que ser retirada para ser limpa devido à obstrução dos orifícios; 2. tem de consistir de um material que é suficientemente macio e homogéneo de uma forma recozida, de modo a permitir a perfuração dos orifícios numa chapa tão espessa quanto possível, numa via economicamente aceitável e com alta precisão, sem a quebra frequente e indevida do furador. 3. depois dos orifícios terem sido efectuados, e depois do endurecimen-to/tratamento térmico, um aumento na dureza e resistência deverá ser atingido, de modo a que possa permanecer operacional o maior tempo possível, à maior pressão possível, sem que haja deformação; -2- 4. tem de possuir uma estrutura uniforme de modo que a corrosão seja minimizada.

As fieiras em que a superfície compreende tantos como 15.000 orifícios com um diâmetro na ordem dos 40-120pm tem um papel importante na produção de fibras de seda artificial e outras fibras sintéticas. Existe uma grande necessidade de ligas ainda mais fortes e especialmente mais rígidas com uma boa resistência à corrosão porque, com o mesmo capital investido, uma maior produção pode ser atingida com a mesma prensa através de um aumento da pressão admissível de produção na fieira. Isto oferece vantagens económicas proporcionadas.

ESTADO ANTERIOR DA TÉCNICA A descrição 221.572 da patente alemã já revela fieiras, as quais eram naquela altura, produzidas a partir de platina pura. Contudo, estas são muito macias (Dureza de Brinell 40, equivalente à Dureza de Vickers HV 50), o que se aplica também a ligas de ouro e 20-32% platina descritas na descrição 260.672 da patente britânica. As ligas de ouro-platina aparecem de modo a serem especialmente apropriadas para a obtenção de fieiras em consideração da sua resistência à corrosão. Na indústria de fibras sintéticas, fieiras de ligas ouro-platina são usadas em larga escala. Estas são tão populares pois são resistentes à corrosão e endure-cíveis numa grande intervalo de concentração - a partir de aproximadamente 20 a 95% de platina. O possível endurecimento é causado pela ocorrência da separação na fusão solidificada da liga a baixas temperaturas. A máxima dureza, ambas na condição homogeneizada e na condição endurecida, ocorre em ligas com 60-70% de platina. Na prática, estas ligas de dureza extremamente alta são raramente utilizadas, devido à ligação com problemas de produção. Uma óptima composição é aquela que ronda preferencialmente os 30-50% de platina. -3-

Posteriormente, com 30% de platina, uma dureza Brinell de quando muito 200 (dureza Vickers HV 220) pôde ser alcançada. Aconteceram problemas, todavia causados pela forte segregação durante o endurecimento, surgindo assim variações na dureza. A maior parte das vezes, é adicionado ródio às ligas de ouro-platina, geralmente em quantidades de 0,5-1%. O ródio possui um efeito de refinamento do grão. Ligas com 30% de platina obtêm a máxima dureza com a adição de 1% de ródio. O alongamento à fractura é também aumentado pela adição de ródio. A descrição da patente alemã 691.061 divulga ligas de ouro-platina de 60-80% de ouro e 20-40% de platina, à qual é adicionada mais de 1% de ródio. A descrição da patente alemã 873.145 revela ligas de ouro-platina com 50-93% Pt, para utilização em fieiras, e sugerindo ainda a adição de quando muito 1% de ródio a ligas de Au-Pt com 40-50% Pt, por exemplo uma liga de ouro-platina com 50% Au, 49% Pt e 1% Rh. Uma liga destas, verdade seja dita, possui uma elevada dureza de uma forma endurecida, mas também tem uma alta dureza na forma recozida, o que toma mais difícil a perfuração dos orifícios. Os orifícios só podem ser perfurados em finas folhas para uso a baixa pressão.

Ligas de ouro-platina de 80,5-90% de ouro, 10-19,5% de platina e adições de 0-3% de ródio, irídio, mténio, ósmio e/ou rénio são divulgadas na descrição da patente francesa 2.133.178. A descrição da patente britânica 1.112.766 menciona uma liga de ouro-platina de 50-80% de ouro, 0,04-0,5% de irídio e o equilíbrio de platina. O pedido de patente alemã 1.075.838 divulga fieiras produzidas a partir de uma liga de ouro-platina contendo 32-39% de platina e mais do que 2% de rénio. Uma liga de ouro-platina com 3% de ouro, 85-87% de platina e 10-12% de ródio que é apropriada para utilização em fieiras para fibra de vidro é revelada no pedido de da patente alemã 2.053.059. -4- JP-A-62 112740 divulga uma liga de metais nobres constituída por 50-80% em massa de Au, 3-30% em massa de Pt, 11-40% em massa de Pd, 0,5-5% em massa de Rh, opcionalmente prata e outros componentes, liga essa que é utilizada em dentes falsos ou em coroas dentárias. A patente US 1.169.753 de Peschko propõe uma liga para a produção de joalharia, instrumentos, restauração dental e equipamento eléctrico, compreendendo 10 partes de platina, 30 partes de paládio e 60 partes de ouro; se um acréscimo de resistência é desejado, então poderá ser adicionado 0,1-2% de um elemento de endurecimento como o ruténio, irídio, ósmio, ou ródio. As ligas são obtidas através da fusão conjunta de metais. Peschko aparentemente assume que elementos de endurecimento são efectivos quando estes são simplesmente adicionados à mistura a ser fundida, e o endurecimento ocorre automaticamente sem a necessidade de realizar, para esse fim, uma prévia homogeneização de recozi-mento.

Contudo, quando ródio é adicionado, é necessário que o metal seja primeiro distribuído homogeneamente, isto se qualquer efeito de endurecimento da adição tiver de ser obtido. Se o metal não é primeiro distribuído homogeneamente, o ródio até conduz à redução da resistência e da dureza. Tão pouco o endurecimento é uma coisa natural. Frequentemente, o ródio fornece uma redução da resistência e da dureza. Isto é evidente através da comparação dos Exemplos 1 e 3 nas Tabelas la e lb com os exemplos 4 e 6 nas mesmas Tabelas. Somente no caso de ligas com 25% e 30% de platina, o ródio dá um aumento da dureza. Tomando em consideração o elevado conteúdo de paládio de aproximadamente 30% na liga de acordo com Peshko, um efeito positivo do ródio na dureza não é certo, pois o paládio tem um efeito equalizador na resposta de endurecimento na medida em que este dissolve o ródio, e desse modo reduz a actividade de endurecimento do ródio. -5- A liga mais utilizada em fieiras para fiação de fibras sintéticas é a liga com 59,5% de ouro, 30% de platina e 0,5% de ródio. Com esta liga, depois de um tempo de serviço um pouco longo, o metal provou ser selectiva-mente lixiviado em certos pontos devido à presença de não homogeneidades.

Na fiação de fibras sintéticas, um polímero é comprimido através de uma fieira numa atmosfera de 40% de uma solução ácido sulfurico a 80°C. Depois de a fieira ter sido utilizada, esta é removida da prensa de fiar de modo a ser limpa e tratada com uma solução de ácido súlfurico/bicromatro a 90-100°C.

Pelo que foi dito, pode-se inferir o facto de como deverá ser a resistência à corrosão do material. Por esse motivo, as ligas da invenção foram sujeitas a um teste de corrosão e os resultados foram comparados com os das ligas a partir dos quais as fieiras, agora em uso, são produzidas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção estabelece um método para produzir uma fieira, apropriada para a produção de fibras sintéticas a partir de uma liga de ouro-platina-paládio-ródio a qual consiste em 30-80% em massa de ouro, 1-60% em massa de platina, 1-50% em massa de paládio, 0,1-5% em massa de ródio e 0-0,4 % em massa de irídio e/ou ruténio, incluindo a preparação da fusão contendo as requeridas quantidades dos elementos da liga, e a moldagem da fusão de modo a formar um lingote, bem como as etapas de homogeneização através de recozi-mento, arrefecimento, processamento e endurecimento por envelhecimento da liga.

De acordo com a invenção, é preferível que a liga seja composta de 50-70% em massa de Au, 20-40% em massa de Pt, 5-20% em massa de Pd, 0,3- -6- 1,5% em massa de Rh e 0-0,4% em massa de Ir e/ou Ru, em particular a partir de aproximadamente 59% em massa de Au, aproximadamente 30% em massa de Pt, aproximadamente 10% em massa de Pd e aproximadamente 1% em massa de Rh.

Segundo a invenção, a homogeneização é realizada por recozi-mento a uma temperatura de 900-1200°C, preferencialmente a aproximadamente 1150°C. De acordo com a invenção, o arrefecimento é preferencialmente levado a cabo pelo rápido arrefecimento do produto recozido com água. O produto arrefecido é processado por laminagem, de modo a obter uma espessura mais fina, sendo esta preferencialmente efectuada em várias etapas, com o produto a ser recozido entre estas etapas a 900°C-1200°C, preferencialmente a uma temperatura a-proximada de 950°C. O processamento do produto arrefecido pode incluir um tratamento de puncionamento pelo que o produto é perfurado. Finalmente de acordo com a invenção, o produto processado é endurecido por um tratamento de envelhecimento a uma temperatura de 400-700°C, preferencialmente a 500-650°C. A presente invenção envolve além disso produtos, em particular fieiras, apropriadas para produção de fibras sintéticas, as quais têm sido obtidas pela utilização do método da presente invenção.

Fieiras, produzidas como descritas em cima, são também envolvidas pela invenção.

Finalmente, a invenção contém um método para produção de fibras sintéticas pela fiação de material sintético, utilizando uma fieira de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A invenção divulga que as ligas ternárias existentes de ouro-platina-ródio podem ser grandemente melhoradas nas propriedades físicas pela adição de paládio, sem a deterioração da resistência à corrosão da liga durante a produção da fibra. Testes de corrosão demonstram que a corrosão das ligas 7, 10 e 11 ocorreu no mesmo nível de que das ligas 1-6. Nas ligas com um conteúdo de paládio superior (8, 9), foi encontrada uma velocidade de corrosão um pouco elevada. Nas Tabelas la e lb pode ser visto como as propriedades físicas e de corrosão dependem da composição. As ligas de 1-6 são ligas de fieiras já existentes. As ligas de 7-11 são ligas de acordo com a invenção.

Com a excepção das ligas de 25% e 30% de platina, as ligas isentas de ródio alcançam eventualmente uma maior dureza do que as ligas que contém ródio. No que respeita à resistência à tensão, o mesmo se aplica ao que foi dito acerca da dureza, com excepção da liga com 30% de platina.

Contudo, poderia ser esperado que pela a adição de paládio, devido ao alto poder dissolvente do ródio no paládio, a actividade de endurecimento do ródio decrescesse, mas foi agora surpreendentemente descoberto que com um conteúdo de 10% de paládio, é obtida uma muito boa resposta ao endurecimento, apesar do facto de o paládio geralmente reduzir a separação da platina em ligas de platina-ouro. Uma condição para isto, parece ser um rápido arrefecimento depois do tratamento homogeneização. Apesar da lenta resposta ao endurecimento depois do recozimento, a dureza pode ser atingida, até mesmo com chapas espessas planeadas para produção sob alta pressão, podendo estas continuar a ser convenientemente perfuradas. Então a fieira pode ser endurecida. O endurecimento toma lugar à temperatura que é na generalidade 50°C superior à das técnicas anteriores de fieira de liga ternária de ouro-platina-ródio. -8-

Para atingir as propriedades óptimas desejadas depois do endurecimento nestas ligas improvisadas de fieiras, é da maior importância que a chapa seja rapidamente arrefecida, i.e., instantaneamente, em água. Se isto ocorrer demasiado devagar, como no exemplo comparativo 2, então o endurecimento é muito ineficiente e não é atingida a melhoria das propriedades contempladas. O endurecimento da liga expressado como a diferença na dureza na condição mais macia para perfurar os orifícios, e a dureza na condição mais dura para óptima condição de funcionamento, é mais elevada na liga 7, sendo a mais preferida, a saber número de dureza Vickers 180. Isto significa que a liga é suficientemente macia para ser perfurada eficientemente, i.e., que o furador de safira não parte indevidamente com frequência, ao passo que a liga na condição de funcionamento mais dura tem uma alta dureza com a correspondente alta resistência. A condição macia faz com que mesmo chapas espessas, utilizáveis a mais altas pressões durante um aumento da produção de fibras, possam ainda ser perfuradas conveniente e eficientemente, embora o aumento da resistência depois do endurecimento permita uma maior pressão a ser utilizada durante o processo de produção de fibras. Isto implica vantagens económicas proporcionadas na utilização desta liga.

Além disso, as ligas com aditivo de paládio são consideradas com granulações mais refinadas que as ligas isentas de paládio, o que influencia favoravelmente a perfuração dos orifícios, o polimento e a resistência à corrosão.

De igual forma que as ligas ternárias de ouro-platina-ródio, as ligas quaternárias de ouro-platina-paládio-ródio preparadas de acordo com a invenção podem ser endurecidas. Contudo, as ligas melhoradas satisfazem, a um mais alto -9- nível que as ligas até agora disponíveis, os requisitos que podem ser impostos na liga da fieira. As ligas de acordo com a invenção têm uma estrutura uniforme, na qual a ocorrência de uma segunda fase é muito finamente distribuída pelo meio da matriz de ouro-platina-paládio. A presença de ródio em combinação com o paládio e a platina fornece, surpreendentemente, um alto nível de refinamento do grão e uma boa distribuição da riqueza de platina na segunda fase de dureza. A maior vantagem das ligas de acordo com a invenção é a seu maior módulo de elasticidade ou módulo de Young, em comparação com o existente nas ligas ternárias de ouro-platina-ródio das fieiras. Isto faz com que a liga ceda com uma menor amplitude sob a mesma carga, o que significa que a chapa da fieira pode ser mais delgada que as das ligas existentes, ou que, dada a mesma espessura, uma chapa mais larga possa ser utilizada, concedendo um aumento considerável na produção, maior do que seria possível com as ligas existentes.

Para ligas com mais de 0,4% de irídio e/ou ruténio pode ser adicionado de modo a obter a estrutura com grão ainda mais fino.

EXEMPLO

Uma liga para uma fieira com a seguinte composição (em percentagens por massa): 59% de ouro, 30% de platina, 10% de paládio e 1% de ródio foi pesada e fundida em vácuo num cadinho de óxido de alumínio num fomo de indução de média frequência até que todos os componentes fossem dissolvidos. Os componentes utilizados tinham uma pureza de pelo menos 99,95%.

Depois num banho a uma temperatura de 1600°C a liga foi vazada num molde de cobre puro. A barra assim obtida, foi aplanada em ambos os lados -10- seguida por recozimento de 1 hora a 1150°C e depois arrefecida em água. Depois a barra de 15mm de espessura foi laminada em várias etapas para uma espessura final de 1,0 mm e recozida provisoriamente durante 15 minutos a 950°C. Como último passo a chapa foi recozida a 1150°C durante 30 minutos e arrefecida muito rapidamente em água. A dureza da chapa foi medida com um medidor de dureza micro Vickers da Durimet (Leitz, Germany) com 1,0 kg de carga e mostrou em valor de HV 160. Depois de um tratamento de endurecimento a 600°C durante 5 horas, a dureza foi de HV 340.

Depois, com a ajuda de uma máquina de prova de tensão da Zwick (Germany) com extensómetro, um teste de tensão foi executado na chapa de teste. Λ A resistência à tensão foi de 119 kg/mm (1168 MPa), o ponto de cedência de 0.2% foi de 104 kg/mm2 (1031 MPa), o módulo de Young foi de 140 GPa e a alongamento à fractura foi 7,8% (chapa de teste : largura 8mm, espessura l,0mm, comprimento 30mm). EXEMPLO COMPARATIVO 1

Uma chapa de uma liga para uma fieira com a seguinte composição (em percentagens por massa): 69,5% de ouro, 30% de platina, 0,5% de ródio foi produzida como no Exemplo 1. Como último passo, a chapa foi recozida durante 30 minutos a 1100°C e arrefecida muito rapidamente em água. A chapa mostrou uma dureza de HV 134. Depois de um tratamento de endurecimento a 550°C du- Λ rante 5 horas, a dureza foi de HV 316, a resistência à tensão foi de 82 kg/mm (800MPa), o ponto de cedência de 0.2% foi de 72 kg/mm2 (710 MPa), o módulo de Young foi de 100 GPa e a alongamento à fractura foi 2%. - 11 - EXEMPLO COMPARATIVO 2

Uma chapa de uma liga para uma fieira com a composição idêntica à do Exemplo 1 foi produzida. Contudo, como último passo, depois do recozi-mento durante 30 minutos a 1150°C, a chapa foi arrefecida em ar durante poucos segundos antes desta ser arrefecida em água. A chapa mostrou uma dureza de HV 185. Depois de um tratamento de endurecimento de 5 horas a 550°C, a dureza foi de somente HV 240, a resistência à tensão foi de 72 kg/mm2 (707MPa), o ponto de cedência de 0.2% foi de 64 kg/mm2 (628MPa), o módulo de Young foi de 120 GPa e a alongamento à fractura foi 2%.

Tabela la

Ligas de ouro-platina para fieiras: composição, resposta ao endurecimento e razão de corrosão Composição em % em massa de Dureza Vickers, HV Corrosão em pg/cm2 por dia Recozimento Temp. de Enc urecimento em °C No Au Pt Pd Rh 500 550 600 650 1 75 25 - - 10 160 190 160 120 1 2 70 30 - - 120 230 290 270 230 1 3 50 50 - - 200 330 360 340 250 1 4 74,5 25 - 0,5 125 190 250 230 190 1 5 69,5 30 - 0,5 134 275 316 272 215 1 6 50 49 - 1,0 210 300 320 290 250 1 7 59 30 10 1,0 160 284 318 340 271 1 8 49 30 20 1,0 130 175 210 250 235 2 9 39 30 30 1,0 134 145 170 190 170 2 10 39 50 10 1,0 220 250 270 300 270 1 11 59,5 30 10 0,5 220 245 260 280 260 1 - 12-

Tabela lb

Ligas de ouro-platina para fieiras: propriedades físicas depois de um endurecimento optimizado (ver também Tabela Γ) No Dureza Vic-kers HV Módulo Young’s Gpa Resistência à tracção MPa 0,2% - limite de resistência MPa Alongamento à fractura % 1 190 90 770 640 1,0 2 290 90 750 610 1,5 3 370 100 1700 1430 2,0 4 250 100 750 690 1,5 5 316 100 800 710 2,0 6 320 100 1500 1250 4,0 7 340 140 1168 1021 7,8 8 250 150 1000 870 8,2 9 190 170 900 790 9,3 10 300 140 900 800 7,3 11 280 140 900 810 6,2

Lisboa, 8 de Maio de 2000

JORGE GRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

- 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um método para produzir a fieira apropriada para a produção de fibras sintéticas a partir de uma liga de ouro-platina-paládio-ródio a qual consiste em 30-80% em massa de ouro, 1-6% em massa de platina, 1-50% em massa de paládio, 0,1-5% em massa de ródio e 0-0,4% em massa de irídio e/ou ruténio, incluindo a preparação de uma fusão compreendendo as quantidades requeridas dos elementos da liga e a moldagem da fusão de modo a formar um lingote, bem como as etapas de homogeneização através de recozimento, arrefecimento, processamento por laminagem para uma espessura mais fina e o endurecimento por envelhecimento da liga.
2. Um método de acordo com a reivindicação 1, em que a liga é composta por 50-70% em massa de Au, 20-40% em massa de Pt, 5-20% em massa de Pd, 0,3-1,5% em massa de Rh e 0-0,4% em massa de Ir e/ou Ru.
3. Um método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, em que a liga é composta por aproximadamente 59% em massa de Au, aproximadamente 30% em massa de Pt, aproximadamente de 10% em massa de Pd e aproximadamente 1% em massa de Rh.
4. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, em que a homogeneização é realizada por recozimento a uma temperatura de 900-1200°C.
5. Um método de acordo com a reivindicação 4, em que o recozimento é realizado a uma temperatura de aproximadamente 1150°C. -2-
6. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, onde o arrefecimento é realizado por arrefecimento rápido da fieira recozida com água.
7. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, em que a laminagem que conduz a uma espessura mais fina é realizada em várias etapas, sendo a fieira recozida entre estas etapas.
8. Um método de acordo com a reivindicação 7, em que o recozimento entre as referidas etapas é realizado a uma temperatura de 900-1200°C.
9. Um método de acordo com a reivindicação 7, em que o recozimento entre as referidas etapas é realizado a uma temperatura de aproximadamente 950°C.
10. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-9, onde o processamento compreende o tratamento de puncionamento pelo que a fieira é perfurada.
11. Um método de acordo com a reivindicação 10, em que a fieira processada é endurecida pelo tratamento de envelhecimento a uma temperatura de 400-700°C.
12. Um método de acordo com a reivindicação 11, em que a fieira processada é endurecida pelo tratamento de envelhecimento a uma temperatura de 500-650°C. -3-
13. Uma fieira apropriada para a produção de fibras sintéticas incluindo uma liga de ouro-platina-paládio-ródio a qual consiste em 30-80% em massa de ouro, 1-60% em massa de platina, 1-50% em massa de paládio, 0,1-5% em massa de ródio e 0-0,4% em massa de irídio e/ou ruténio, alcançável por um método de acordo com qualquer umas das reivindicações 1-12.
14 . Utilização de uma fieira de acordo com a reivindicação 13 num método para produção de fibras sintéticas pela fiação de material sintético. Lisboa, 8 de Maio de 2000 \ v_ ' Ϊ ___ JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade. Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA