PT956173E - Granulado de po metalico processo para a sua producao assim como a sua utlizacao - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO ''GRANULADO DE PÓ METÁLICO, PROCESSO PARA A SUA PRODUÇÃO, ASSIM COMO A SUA UTILIZAÇÃO” A presente invenção refere-se a um granulado de pó metálico de um ou vários dos metais Co, Cu, Ni, W e Mo, a um processo para a sua produção, bem como à sua utilização.

Os granulados dos metais Co, Cu, Ni, W e Mo têm múltiplas possibilidades de utilização como materiais sinterizados. A título de exemplos, os granulados de cobre metálico são apropriados para se produzirem contactos de escovas de cobre para motores, 03 granulados de volfrâmio têm possibilidades de utilização na produção dc contactos embebidos W/Cu, os granulados de Ni e Mo podem ser utilizados para a respectiva aplicação como produtos semiacabados. Os granulados de pó de cobalto metálico têm utilização como componentes de aglutinantes em materiais sinterizados compósitos, por exemplo, em ferramentas para 0 trabalho de metais duros e diamantes.

Na Descrição DE-A 43 43 594 é revelado que podem ser produzidos granulados soltos de pós metálicos por granulação por extrusão e selecção por crivagem das gamas de granulometrias apropriadas. Estes granulados não são, no entanto, apropriados para a produção de ferramentas para 0 trabalho de diamantes. A Patente EP-A-399 375 descreve a produção de um granulado solto de pó de carbureto dc volfrâmio-cobalto metálico. Como componentes dc partida os pós finos são aglomerados em conjunto com um ligante e um dissolvente. Num outro passo do processo o aglutinante é então eliminado termicamente e o aglomerado, para manter a capacidade de escoamento livre pretendida, é tratado posteriormente a 2500°C em plasma. No entanto, por este processo não se consegue granular o pó fino de cobalto 2

V metálico, visto que a temperaturas acima do ponto de fusão surgem problemis de processamento semelhantes aos do processamento dos pós de extrusão.

Sabe-se, da Patente DE-A 44 31 723, que podem ser obtidas pastas a partir de compostos de óxidos, se forem incorporados aditivos reológicos não ionógenos, diluíveis em água. Estes aditivos podem ser eliminados por via térmica e, deste modo, são produzidas camadas sólidas sobre substratos. Este processo exige, no entanto, que os substratos sejam revestidos com partículas finas perfeitamente isentas de aglomerados. A Patente EP-A 0 650 508 descreve a produção de aglomerados de pós metálicos de fórmula geral RFeB ou RCo, em que R representa metais das terras raras ou os seus compostos, B representa boro e Fe representa ferro. De acordo com esta patente é produzida primeiro uma liga dos componentes e esta liga é levada ao grau de finura pretendido por moenda. Em seguida são adicionados ligantes e dissolventes e a suspensão é seca num secador por pulverização. O inconveniente deste processo - em especial para a produção de ferramentas para o trabalho de diamantes - é que, primeiro os metais têm que ser ligados, e, através da fusão, o pó fino de cobalto metálico perde as suas propriedades carac.terístic.as, tal c.omo são descritas na Descrição DE-A 43 43 594. Para a produção de granulados de pó de cobalto metálico é pois considerado o estado da técnica, por exemplo, o processo dos prospectos sobre a máquina de granulação G 10 da Firma Dr. Fritsch KG, Fellbach na Alemanha, ou o processador sólido da Firma PK-Niro em Soeborg/Dinamarca, que misturam pó fino de cobalto metálico com ligantes, bem como com dissolventes orgânicos, e produzem os respectivos granulados em dispositivos de granulação apropriados. Os dissolventes, depois da granulação, são eliminados cuidadosamente por vaporização, mas os ligantes permanecem no granulado e influenciam acentuadamente as propriedades deste.

Os granulados assim obtidos possuem uma forma de grão arredondada. Λ superfície é comparativamente estanque, sem grandes poros nem aberturas de saída dos gases. A densidade a granel, determinada de acordo com a Norma ASTM B 329, é 3

relativamente alta com valores de 2,0 - 2,4 g/cm3 (Quadro 2). Na Fig. 1 é apresentada a imagem por rastro electrónico (REM) de um granulado comercial da Firma Eurotungstene, Grenoble, França, e na Fig. 2 a de um granulado comercial da Firma Hoboken Overpelt, Bélgica. A forma arredondada dos grãos, assim como as altas densidades a granel, conduzem, na realidade, às propriedades de aptidão melhorada para escoamento do cobalto, pretendidas, no entanto, na prática, originam problemas de processamento que não podem ser ignorados.

Por exemplo, têm que ser empregues forças de pressão relativamente altas na prensagem a frio para se obter uma solidez e uma estabilidade de arestas suficientes. Isto é justificado pelo facto de que, para uma forma dos grãos das partículas esférica ou arredondada, ser agravada a formação de ligações envolventes, importantes para a solidez dos grânulos, isto é, expresso de uma forma mais simples, a fixação entre si das partículas individuais. Simultaneamente, uma estrutura fechada, densa, provoca um aumento da resistência à conformação. Ambos os factorcs conduzem ao aumento da força de compressão necessária na prensagem a frio. No entanto, isto pode causar, na prática, um desgaste progressivo dos moldes de prensagem a frio, isto é, uma durabilidade mais reduzida dos moldes da prensagem a frio, o que conduz, mais uma vez, a custos de produção mais altos. O poder de. prensagem pode ser expresso quantitativamente pela medição do factor de compactação F^p. Para Fcomp é válido: ^comp (Pp ~ Po) ^ Pp sendo (p0) a densidade a granel em g/cm3 do granulado de pó de cobalto metálico no estado original, assim como (pp) a densidade em g/cm3 depois da prensagem. O inconveniente mais grave consiste, no entanto, no facto de os ligantes utilizados na produção dos granulados permanecerem no granulado (ver quadro 1). 4

Por ligante entende-se, doravante, uma substância susceptível de formar uma película, que está eventualmente dissolvida num dissolvente e que, num processo de granulação apropriado, é adicionada aos componentes de partida de tal modo que a superfície do pó fique molhada, ou que, eventualmente depois da eliminação do dissolvente, por formação de uma película de superfície sobre os grânulos primários, estes sejam mantidos aglutinados. Deste modo, os granulados possuem uma resistência mecânica suficiente. Em alternativa, interessam também como ligantes substâncias que, através de forças de capilaridade, contribuem para a resistência mecânica das partículas do granulado.

Quadro 1:

Teores típicos de carbono do aglutinante em granulados comerciais de pó de cobalto metálico EUROTUNGSTENE HOBOKEN HOBOKEN Grenoble/F rança Overpelt/Bélgica Overpelt/Bélgica produto Co ultrafino Co extrafino Co extrafino granulado granulado macio granulado duro teor de carbono cerca de 1,5% cerca de 0,98% cerca de 0,96%

Se, a partir destes pós de cobalto metálico, forem produzidos granulados, por exemplo, com a técnica mais frequentemente empregue de prensagem a quente, o tempo de aquecimento tem então que ser prolongado para eliminar o aglutinante orgânico sem deixar resíduos. Isto pode originar uma perda de produção até 25%. Se, pelo contrário, o tempo de aquecimento não for prolongado, observam-se então, nos segmentos prensados a quente, núcleos de carvão originados por processos de "crack" do aglutinante. Isto conduz, frequentemente, a uma nítida degradação da qualidade da ferramenta.

Um outro inconveniente reside na utilização de dissolventes orgânicos, que, depois da granulação, têm que ser eliminados cuidadosamente por evaporação. 5

Primeiro, a eliminação do dissolvente através do tratamento térmico é onerosa. Além disso, a utilização de dissolventes orgânicos tem inconvenientes consideráveis no que se refere à compatibilidade com o ambiente, à segurança em armazenagem e ao balanço de energia. O trabalho com dissolventes orgânicos exige frequentemente um custo considerável em equipamento, em dispositivos de aspiração e de eliminação, assim como em filtros, para impedir a emissão de dissolventes orgânicos na granulação. Um outro inconveniente consiste no facto de as instalações terem que ser protegidas contra explosões, o que, mais uma vez, aumenta os custos dos investimentos.

Teoricamente, os inconvenientes no trabalho com os dissolventes orgânicos podem ser evitados se o aglutinante for dissolvido em água. Os pós finos de cobalto metálico, no entanto, são oxidados parcialmente nestas condições e, deste modo, tornam-se imprestáveis.

Constitui um objecto da presente invenção tomar disponível um granulado de pó metálico que não possua os inconvenientes dos pós descritos.

Conseguiu-se preparar um granulado de pó metálico sem ligantes, que consiste em um ou mais dos metais Co, Cu, Ni, W e Mo, em que, de acordo com a Norma ASTM B 214, no máximo 10% em peso são < 50 pm e o teor de carbono total é menor do que 0,1% em peso, especialmente de preferência menor do que 400 ppm. Este granulado de pó metálico sem ligantes é o objecto da presente invenção. Nesta conformidade, no produto de acordo com a invenção a superfície e a forma dos grãos foram essencialmente optimizadas. A Fig. 3 mostra a imagem REM do granulado de pó metálico de acordo com a invenção, no exemplo de um granulado de pó de cobalto metálico de acordo com a invenção. Este possui uma estrutura fendilhada, grosseira, que facilita a formação de ligações envolventes. Para além disso, pode ver-se da imagem REM que o granulado de acordo com a invenção é muito poroso. Deste modo, a resistência à conformação na prensagem a frio é nitidamente reduzida. A estrutura porosa reflecte-se na densidade a granel. O granulado de pó de cobalto metálico tem de preferência uma densidade a granel baixa, entre 0,5 e 1,5 g/cm3, determinada de acordo 6 com Norma ASTM B 329. Numa forma de realização especialmente preferida possui um factor de compactação F^p de pelo menos 60% e, no máximo, de 80%. Este alto factor de compactação conduz a uma capacidade de compressão excelente. Deste modo, conseguem-se produzir, por exemplo, a uma pressão de 667 kg/cm2, objectos sinterizados prensados a frio que possuem uma excelente estabilidade mecânica das arestas.

No quadro 2 abaixo são apresentados os valores da densidade a granel do produto de acordo com a invenção no estado original (p0), a densidade depois da compressão (pp), bem como o factor de compressão Fcorap , em comparação com granulados comerciais.

Quadro 2:

Densidade a granel típica no estado original (p0), depois da compressão com 667 kg/cm2 (pp), assim como o factor de compressão do granulado de pó de cobalto metálico de acordo com a invenção, em comparação com produtos comerciais

Fabricante HCST Goslar/ Alemanha EUROTUNGSTENE Grenoble/França HOBOKEN Overpelt/Bélgica HOBOKEN Overpelt/Bélgica produto granulado de pó de cobalto metálico de acordo com a invenção granulado ultrafino de pó de cobalto metálico granulado de pó de cobalto metálico extrafíno, granulado macio granulado de pó de cobalto metálico extrafíno granulado duro densidade a granel (Po) (g/cm3) 1,03 2,13 2,4 2,4 densidade de prensagem (Po) (g/cm3) 3,45 4,31 4,69 4,79 factor de compressão Fcomn 70,1 50,6 48,8 49,8 avaliação do corpo moldado estável, sem degradação das arestas estabilidade das arestas reduzida estabilidade das arestas nitidamente reduzida estabilidade das arestas fraca / /

Os provetes foram produzidos numa prensa hidráulica axial, com uma carga de 2,5 ton, com uma superfície de molde de prensagem quadrada de 2,25 cm2 e 6 g de peso. É ainda objecto da presente invenção um processo para a produção dos granulados de pó metálico de acordo com a invenção. Trata-se neste caso de um processo para a produção de granulados de pó metálico sem aglutinantes, de um ou mais dos metais Co, Cu, Ni, W e Mo, em que são granulados como componentes de partida um composto metálico de um ou vários dos grupos dos óxidos, hidróxidos, carbonatos, hidrogenocarbonatos, oxalatos, acetatos e formiatos metálicos, com aglutinantes e, eventualmente, adicionalmente com 40% a 80% de dissolvente, referidos ao teor de sólidos, e o granulado é reduzido termicamente ao granulado de pó metálico, por adição de uma atmosfera gasosa que contém hidrogénio, sendo o aglutinante e eventualmente o dissolvente eliminados sem deixar resíduos. Se for escolhido um ou mais dos referidos compostos metálicos, durante o processo de granulação não tem lugar qualquer oxidação do pó fino de cobalto metálico, se se trabalhar em soluções aquosas. Deste modo, o processo de acordo com a invenção abre uma possibilidade de se utilizarem dissolventes que podem consistir em compostos orgânicos e/ou água, sendo especialmente preferida a utilização da água como dissolvente, mas não estando limitado a esta. Os aglutinantes adicionados são utilizados ou sem dissolvente, ou dissolvidos no dissolvente, ou então em suspensão ou emulsionados naquele. O aglutinante e o dissolvente podem ser compostos orgânicos ou inorgânicos, que são constituídos por um ou vários dos elementos carbono, hidrogénio, oxigénio, azoto e enxofre, e isentos de halogéneos, e com excepção de vestígios inevitáveis originados na preparação, estão isentos de metais.

Além disso, os ligantes e dissolventes escolhidos conseguem ser eliminados termicamente a temperaturas de menos de 650°C, sem deixar resíduos. Como ligantes são apropriados, em especial, um ou mais dos seguintes compostos: óleos de parafina, ceras de parafina, poliacetato de vínilo, álcool polivinílico, poliacrilamidas, metilcelulose, glicerina, polietilenoglicois, óleo de linhaça, ou polivinilpiridina. 8

É especialmente preferida a utilização de álcool polivinílico como ligante e de água como dissolvente. A granulação dos componentes de partida é alcançada, de acordo com a invenção, de modo que a granulação seja realizada como granulação em prato, de estruturação, em secador por pulverização, em camada turbulenta, granulação por prensagem ou granulação em misturadores de alta rotação. A realização especialmente preferida do processo de acordo com a invenção é efectuada de forma contínua ou descontínua, num granulador de mistura em anel.

Estes granulados, numa variante especialmente preferida, são tratados em seguida por redução ao granulado de pó metálico, numa atmosfera gasosa que contém hidrogénio, a temperaturas de 400 até 1100°C, em especial de 400 até 650°C. Neste caso o ligante e eventualmente o dissolvente podem ser eliminados sem deixar resíduos. Uma outra variante de realização do processo de acordo com a invenção consiste no facto de o granulado, depois do passo de granulação, ser primeiro seco a temperaturas de 50°C até 400°C e, em seguida, ser reduzido ao granulado de pó metálico, a temperaturas de 400°C até 1100°C, numa atmosfera gasosa que contém hidrogénio.

Os granulados de pó metálico de acordo com a invenção prestam-se de forma excelente para a produção de objectos sinterizados e objectos sinterizados compósitos. Por conseguinte, também é o objecto da presente invenção a utilização dos granulados de pó metálico de acordo com a invenção como componentes aglutinantes em objectos sinterizados ou objectos sinterizados compósitos, produzidos a partir de pó de substâncias duras e/ou de pó de diamante e aglutinantes. A invenção será elucidada pormenorizadamente a seguir, por meio de exemplos, sem que tal deva ser considerado uma limitação da mesma.

Exemplo 1:

Num misturador intensivo RV 02 da Firma Eirich foram misturados 5 kg de óxido de cobalto com 25% em peso de uma solução aquosa a 10% de metilcelulose e 9 !. ./w procedeu-se à granulação durante 8 minutos a 1500 r.p.m. O granulado resultante foi reduzido com hidrogénio a 600°C. Depois da crivagem através de um crivo de 1 mm obteve-se um granulado de pó de cobalto metálico com os valores apresentados no quadro 3.

Exemplo 2:

Num amassador da Firma AMK foram misturados 100 kg de óxido de cobalto com 70% em peso de uma solução a 3% de álcool polivinílico. O extrudido em forma de varetas formado nestas circunstâncias foi levado a reagir num tubo rotativo, a 700°C, directamente ao granulado de pó de cobalto metálico, e em seguida foi crivado através de um crivo de 1 mm. Obteve-se um granulado de pó de cobalto metálico com os valores apresentados no quadro 3.

Exemplo 3:

Num misturador de laboratório, de 5 L, da Firma Lõdige, foram granulados 2 kg de carbonato de cobalto com 70% de uma mistura aquosa a 1% de polietilenoglicol, a 160 r.p.m. O granulado produto de partida foi reduzido a 600°C num forno com transportador, sob atmosfera de hidrogénio. Formou-se um granulado de pó de cobalto metálico com os valores apresentados no quadro 3.

Exemplo 4:

Num granulador misturador em anel RMG 10 da Firma Ruberg foram granulados 60 kg de óxido de cobalto com 54% em peso de uma solução a 10% de álcool polivinílico, à velocidade máxima de rotação do granulador, e o granulado formado nestas condições foi reduzido com hidrogénio a 550°C, ao granulado de pó de cobalto metálico, num leito em repouso. Obteve-se, depois da crivagem, um granulado de pó de cobalto metálico com os valores apresentados no quadro 3. O factor de compactação Fcomp foi determinado com o auxílio de uma prensa hidráulica uniaxial, com uma carga de 2,5 ton, com uma superfície de molde de prensagem de 2,25 m2 de área e 6 g de peso, a 70,1%. 10

Quadro 3:

Propriedades dos granulados contendo cobalto, descritos nos exemplos

Lisboa, _ i2 h MAIO 208^

Exemplo teor total densidade análise por crivagem, de acordo com de carbono a granel a Norma AS TM B 214 (%) (ppm) (g/cm3) + 1000 pm - 1000 pm + 50 pm - 50 pm 1 200 1,4 3,4 90,5 6,1 2 360 1,2 6,9 91,0 2,1 3 310 0,8 4,5 89,9 5,6 4 80 1,0 0,2 96,1 3,7

Dra. Maria Silvina Ferreira

Agente Gí;c'«! :·, ' ta 'frfctriol R.Casrtb.c-3-t? · :_,j- '.65 LISBOA Teiefs. 213 351539 - 2133150 50

Claims (13)

1 REI VI ND ICAÇÕES 1. Granulado de pó metálico de um ou vários dos metais Co, Cu, Ni, W e Mo, caracterizado por conter, de acordo com a Norma ASTM B 214, no máximo 10% em peso da fracção -50 pm, e por o teor de carbono total ser menor do que 0,1% em peso.

2. Granulado de pó metálico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o teor de carbono total ser, especialmente de preferência, menor do que 400 ppm.

3. Granulado de pó metálico de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os granulados possuírem uma estrutura porosa, fendilhada, grosseira.

4. Granulado de pó de cobalto metálico de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 3, caracterizado por possuir uma densidade a granel, de acordo com a Norma ASTM B 329, no intervalo de 0,5 a 1,5 g/cm3, especialmente de preferência de 1,0 a 1,2 g/cm3.

5. Granulado de pó de cobalto metálico de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir um factor de compactação Fcomp de pelo menos 60% e, no máximo, de 80%.

6. Processo para a preparação de um granulado de pó metálico de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 5, caracterizado por serem granulados como componentes de partida um composto metálico de um ou vários dos grupos dos óxidos, hidróxidos, carbonatos, hidrogenocarbonatos, oxalatos, acetatos e formiatos metálicos, com aglutinantes e, eventualmente, adicionalmente com 40% a 80% de dissolvente, referidos ao teor de sólidos, e por o granulado ser reduzido termicamente, numa atmosfera gasosa que contém hidrogénio, ao granulado de pó 2

metálico, sendo o aglutinante e eventualmente o dissolvente eliminados sem deixar resíduos.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por serem utilizados como aglutinante e eventualmente como dissolvente compostos orgânicos ou inorgânicos que são constituídos por um ou vários dos elementos carbono, hidrogénio, oxigénio, azoto e enxofre, e que estão isentos de halogéneos e de metais.

8. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por o ligante e eventualmente o dissolvente poderem ser eliminados termicamente a temperaturas de menos de 650°C, sem deixar resíduos.

9. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações 6 a 8, caracterizado por a granulação ser realizada como granulação de estruturação, granulação em secador por pulverização, granulação em camada turbulenta, granulação em prato, granulação por prensagem ou granulação em misturadores de alta rotação.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a granulação em misturadores de alta rotação ser realizada como granulação em misturadores de anel.

11. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações 6 a 10, caracterizado por o granulado ser reduzido ao granulado de pó metálico, numa atmosfera gasosa que contém hidrogénio, a temperaturas de 400 até 1100°C, em especial de 400 até 650°C.

12. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações 6 a 11, caracterizado por o granulado ser primeiro seco termicamente a temperaturas de 50°C até 400°C e, em seguida, o granulado ser reduzido ao granulado de pó metálico, numa atmosfera gasosa que. contém hidrogénio, a temperaturas de 400 até 1100°C. 3 \ t

13. Utilização dos granulados metálicos de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 5 como componente aglutinante em objectos simerizados ou objectos sintetizados compósitos, preparado a partir de pó de material duro e/ou pó de diamante. Lisboa, % * ^

a Ferreini .5 'rà.y.rial '' -5B0A 21ÕS160 50 Dra. Maria Fílvb Agente Oficb' j·» " R.CjvV . "O · · ; leleSx .:oíó;.v3 -