MX2011005902A - Precursor para la produccion de componentes metalicos sinterizados, un proceso para producir el precursor y la produccion de los componentes. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un precursor para la producción de componentes metálicos sinterizados, con un proceso para producir el precursor y con la producción de los componentes. Es un objeto de la invención indicar métodos posibles de producir componentes metálicos sinterizados que permiten una densidad física incrementada y una contracción reducida en el componente completamente sinterizado. En un precursor de acuerdo con la invención para la producción de componentes metálicos sinterizados, una capa de cubierta se forma sobre un núcleo formada por respectivamente una partícula de un primer polvo metálico. La capa de cubierta es formada por un segundo polvo y un aglutinante. El primer polvo tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 50 µm y el segundo polvo tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 25 µm. El precursor es pulverulento.

Description

PRECURSOR PARA LA PRODUCCION DE COMPONENTES METALICOS SINTERIZADOS, UN PROCESO PARA PRODUCIR EL PRECURSOR Y LA PRODUCCION DE LOS COMPONENTES, Descripción de la Invención La invención se relaciona con un precursor (intermediario, pre-producto) para producir componentes metálicos sinterizados , un proceso para producir el precursor y la producción de los componentes.

Los polvos se utilizan para producir componentes metálicos sinterizados (partes) , los polvos que son formados generalmente por el metal respectivo y normalmente por la aleación de metal de la cual un componente debe ser producido. En la producción de los componentes se puede ejercer una influencia significativa por la selección y el pre-tratamiento del polvo de partida, que determina las propiedades del componente. Así, el tamaño de partícula del polvo usado tiene una influencia fuerte en la densidad física realizable del material componente y la contracción durante la sinterización.

En el pasado, la actividad de sinterización fue mejorada, en particular mediante molido de alta energía realizado con anterioridad, y como resultado también las propiedades del material componente fueron mejoradas.

Los polvos de metal utilizados también tienen que Ref . : 220282 cumplir otros requisitos. En el proceso para producir cuerpos verdes, se desea buena fluidez de los polvos, una densidad en verde incrementada y resistencia en verde de los cuerpos verdes antes de la sinterización . Si se logran densidades en verde relativamente altas de los cuerpos verdes en la conformación mediante prensado, la contracción que ocurre en el componente completamente sinterizado se reduce. Sin embargo, es deseable una contracción muy baja para poder producir componentes fuertemente contorneados y también que no se necesite llevar a cabo trabajo posterior.

Los polvos metálicos altamente aleados no pueden ser procesados por tecnologías simples metalúrgicas de polvo tales como prensado y sinterización para formar componentes sinterizados debido a su dureza. El molido de alta energía de tales polvos de aleación y aglomeración subsecuente hace a tales polvos, por ejemplo, presionables . Sin embargo, parámetros tecnológicos más pobres tales como densidad aparente baja, comportamiento de flujo pobre y alta contracción durante la sinterización tienen que ser aceptados junto con la actividad de sinterización incrementada. Debido a estas propiedades desventajosas, no es posible producir componentes con densidad alta sin trabajo posterior mecánico considerable .

Los componentes sinterizados producidos de una manera convencional alcanzan densidades físicas que no son más de 95% de la densidad teórica y tienen una contracción de por lo menos 10%.

Es por lo tanto un objeto de la invención indicar métodos posibles de producir componentes metálicos sinterizados que permiten una densidad física incrementada y una contracción reducida en el componente completamente sinterizado .

De conformidad con la invención, este objeto se logra por un precursor que tiene las características de la reivindicación 1. Puede ser producido por un proceso de conformidad con la reivindicación 7. La reivindicación 11 se relaciona con la producción de componentes metálicos sinterizados. Las modalidades ventajosas y otros progresos de la invención se pueden logar por medio de las características definidas en reivindicaciones dependientes.

La invención es dirigida en formas ventajosas de producir componentes metálicos sinterizados. Para logar esto, se utiliza un precursor pulverulento es decir, en lugar de los polvos metálicos utilizados previamente, sometidos a conformación y sinterización.

El precursor comprende núcleos que son cercados por una capa de cubierta. Se producen utilizando un primer polvo y un segundo polvo que difieren por lo menos en términos de su tamaño de partícula. Así, las partículas del primer polvo que forman los núcleos son más grandes y tienen un tamaño de partícula d9 de por lo menos 50 µt?, preferiblemente por lo menos 80 µp?. Este es un metal o una aleación de metal.

Las partículas del segundo polvo son más pequeñas y tienen un tamaño de partícula de menos de 25 µp?, preferiblemente menos de 20 µp?, y son particularmente preferiblemente más pequeñas de 10 µp?. La capa de cubierta contiene además un aglutinante. Este puede ser preferiblemente un aglutinante orgánico. Es posible utilizar, por ejemplo, alcohol polivinílico (PVA) como aglutinante. El segundo polvo puede ser un metal, una aleación de metal o un óxido de metal. Sin embargo, también puede ser una mezcla que comprende por lo menos dos de estos componentes. Además, el carbono puede estar presente en la forma de grafito.

En el caso más simple, las partículas del primer polvo y del segundo polvo son formadas por el mismo metal o la misma aleación de metal. Sin embargo, para los dos polvos, es ventajoso utilizar diferentes metales, aleaciones de metal o en el caso del segundo polvo un óxido de metal . Esto abre la oportunidad al mismo tiempo también de lograr la formación de la aleación o, como un resultado del equilibrio de concentración de los componentes de aleación, una composición de aleación alterada en el material componente terminado durante el paso de sinterización realizado para producir un componente terminado.

Es ventajoso en el proceso adicional en la producción de cuerpos verdes y los componentes terminados que el segundo polvo sea más dúctil que el primer polvo. Como resultado, durante el prensado para producir cuerpos verdes por medio de un proceso de conformado, se puede lograr una densidad en verde incrementada que finalmente también resulta en una densidad física más alta del componente después de la sinterización y en la contracción reducida. La capa de cubierta realiza una función que es análoga a la de los elementos para optimizar el prensado.

En un precursor, las partículas individuales del precursor se deben haber producido de una manera tal que la capa de cubierta tiene una proporción por masa que no es más que la proporción por masa de un núcleo. La proporción de aglutinante en la capa de la cubierta puede permanecer fuera de consideración o ser ignorada. La proporción por masa de los núcleos debe, sin embargo, preferiblemente ser mayor que la de las capas de cubierta. Las capas de cubierta también deben tener los mismos espesores de capa, que deben aplicarse a las partículas individuales y también a todas las partículas del precursor.

Los precursores de la invención pueden ser producidos proyectando (rociando) una suspensión en las partículas del primer polvo. La suspensión contiene partículas del segundo polvo y el aglutinante. Es posible utilizar una suspensión acuosa. Durante el rociado, las partículas del primer polvo se mantienen en movimiento. Esto se puede realizar utilizando, por ejemplo, un rotor de lecho fluidizado.

Después de que se ha logrado un espesor prescrito de las capas de cubierta formadas en el núcleo las partículas del primer polvo, las partículas del precursor pueden ser secadas. De esta manera, es posible lograr una alta densidad aparente desde aproximadamente 40% de la densidad teórica y buena fluidez que puede ser menos de 30 s, de acuerdo a lo determinado por un embudo de flujo de Hall.

Además, puede ser realizada la pre-sinterización del precursor. Esto permite ejercer una mayor influencia en las propiedades del precursor hasta donde su densidad aparente (densidad de llenado) y fluidez conciernen. La densidad aparente se puede aumentar de esta manera y la fluidez puede ser mejorada. La última puede, de esta manera se reducida, ' por ejemplo, desde 40 s hasta 30 s cuando la pre-sinterización se realiza a una temperatura por lo menos de 800°C. Puede ser determinada por medio de un embudo de flujo de Hall . La densidad física del componente completamente sinterizado también se puede aumentar de esta manera y la contracción también se puede reducir debajo de 5%.

El precursor entonces puede ser sometido a conformado. Aquí, se aplican las fuerzas de presión lo que conduce a la compactación . Los cuerpos verdes obtenidos logran una densidad en verde y una resistencia en verde incrementadas.

Durante el prensado, principalmente los componentes presentes en la capa de cubierta son deformados. Los núcleos normalmente permanecen sin deformarse. La deformación de la capa de cubierta permite que se logre la compactación incrementada, lo que conduce a una reducción en la contracción durante la sinterización . Esta se puede mantener debajo del 8%. Una reducción de hasta 5% y tan baja como sea posible. La densidad física de un componente completamente sinterizado puede alcanzar por lo menos 92% y hasta o superior a 95% de la densidad teórica.

Como se discutió arriba, la formación de la aleación o una composición de aleación alterada puede ocurrir durante la sinterización. Aquí, el equilibrio de concentración entre los dos polvos usados para los núcleos y la capa de la cubierta ocurre si éstos tienen una consistencia o composición diferente. Los procesos de difusión pueden ser explotados. La trayectoria de difusión más larga aquí es 0.5 veces el diámetro de la partícula del precursor. El tiempo requerido para la difusión puede ser significativamente reducido comparado con los procesos de producción convencionales. Esto también se aplica con respecto al uso conocido de los polvos de difusión unidos en los cuales, por ejemplo, partículas de níquel o molibdeno son sinterizados sobre partículas de hierro puro. Sin embargo, solamente una proporción muy pequeña de elementos de aleación en el intervalo desde 0.1 hasta 2% se puede lograr de esta manera. En cambio, materiales componentes aleados mucho más altos pueden ser obtenidos por medio de la invención. En comparación a las soluciones técnicas conocidas, la consistencia de una aleación que se puede producir de acuerdo con la invención mediante sinterización se puede establecer muy exactamente y reproduciblemente .

Varias aleaciones a base de hierro, cobalto y níquel se pueden producir de esta manera. La proporción del metal base respectivo es por lo menos 50% por masa.

Posteriormente, la invención se ilustra con la ayuda de ejemplos.

E emplos Ejemplo 1 Un componente en el cual el material componente es una aleación de hierro de 5.8W 5. OMo 4.2Cr 4. IV 0.3Mn 0.3si 1.3C el resto de hierro debe ser producido.

Una aleación a base de hierro que contiene 8.1W 6.7 Mo 5.9Cr 0.4Mn 0.4SÍ fue utilizada para el primer polvo que forma los núcleos del precursor. El tamaño de partícula d90 era 95 µp?.

Un segundo polvo que era una mezcla de 31.0% por masa del polvo de carbonil hierro y 1.3% por masa de grafito parcialmente amorfo ambos tienen un tamaño de partícula respectivo d90 de menos de 10 µp? fueron utilizados para la capa de cubierta. Una proporción por masa para los núcleos de 67.7% por masa y para la capa de cubierta sin aglutinante de 32.3% por masa fue obtenida de esta manera.

El carbonil hierro fue utilizado en forma reducida pero también se puede utilizar en forma no reducida.

El primer polvo fue introducido mientras que la carga inicial en un rotor de lecho fluidizado y agitado en el mismo. Una suspensión formada por agua, PVA y la mezcla de polvo para la capa de la cubierta fue rociada a través de un inyector de dos fluidos dispuestos tangencialmente a la dirección de la rotación del rotor. La formación de la capa de la cubierta alrededor de los núcleos debe ocurrir muy lentamente. La composición de la suspensión era 38% por masa de agua, 58% por masa de polvo de carbonil hierro, 2.4% por masa del grafito parcialmente amorfo y 1.8% por masa del aglutinante (PVA) .

Después de secarse, el precursor pulverulento tenía un tamaño de partícula d90 de 125 µt?.

El conformado fue realizado posteriormente mediante prensado para lograr la compactación y la formación de un cuerpo verde. Esto se puede realizar usando los procesos de conformación acostumbrados, por ejemplo troquelado en herramientas, moldeado por inyección o extrusión. Se logró una densidad en verde de 6.9 g/cm3 y de una resistencia en verde de 10.3 MPa.

Después de eso, el cuerpo verde fue sinterizado bajo formación de gas (10% por volumen de H2 y 90% por volumen de N2) . El tratamiento térmico fue realizado en etapas a 250°C, 350°C, y 600°C, con un tiempo de retención respectivo de 0.5 h en cada una de esas temperaturas . La temperatura máxima de 1200°C fue mantenida por 2 horas.

El componente completamente sinterizado tenía una densidad física de 7.95 g/cm3 y la contracción después de la sinterización era 4.6%. La densidad teórica de este material es 7.97 g/cm3.

Ejemplo 2 Un componente compuesto por una aleación a base de hierro 34.0 Cr 2.1 Mo 2.0 Si 1.3C, el resto de hierro, fue producido usando un primer polvo para los núcleos que comprenden una aleación 51.5Cr 3.6Mo 2.7Si 0.68Mn 1.9C, el resto de hierro, y tiene un tamaño de partícula d90 de 82 m.

Para el segundo polvo, fueron empleados un polvo de carbonil hierro no reducido (tamaño de partícula d90 9 µt?) como variante 1 y el polvo del hierro obtenido del óxido de hierro reducido (-tamaño de partícula d90 5 µ??) como variante 2.

La proporción por masa del primer polvo era 66.7% y la del segundo polvo era 33.3% por masa en cada caso.

El primer polvo fue introducido como carga inicial en un rotor de lecho fluidizado y agitado en el mismo. Una suspensión formada por agua, PVA y mezcla de polvo para la capa de cubierta fue rociada a través de un inyector de dos fluidos dispuesto tangencialmente a la dirección de la rotación del rotor. La formación de la capa de cubierta alrededor de los núcleos debe ocurrir muy lentamente. La suspensión tenía una composición de 49% por masa de agua, 49% de masa del segundo polvo y 2% por masa del aglutinante (PVA) .

El precursor de conformidad con la variante 1 tenía una densidad aparente de 2.2 g/cm3 y un tiempo de flujo determinado por medio de un embudo de flujo de Hall de 36 S. En el caso del precursor de acuerdo con la variante 2, una densidad aparente de 2.4 g/cm3 fue lograda y un tiempo de flujo de 33 s podría ser determinado.

La conformación fue realizada posteriormente mediante prensado para lograr la compactación y la formación de un cuerpo verde. Esto se puede realizar utilizando los procesos de conformación acostumbrados, por ejemplo troquelado en herramientas, moldeado por inyección o extrusión.

Un cuerpo verde de acuerdo con la variante 1 logró una densidad en verde de 5.3 g/cm3 y una resistencia en verde de 3.8 MPa y en el caso de la variante 2 se logró una densidad en verde de 5.4 g/cm3 y una resistencia en verde de 5.0 MPa.

Después de eso, el cuerpo verde en el caso de ambas variantes fue sinterizado bajo formación de gas (10% por volumen de H2 y 90% por volumen de N2) . Fue empleado un régimen de temperatura escalonado con un tiempo de retención de 0.5 h en cada una de las temperaturas 250°C, 350°C y 600°C. La sinterización final fue realizada posteriormente a 1250°C durante 2 horas.

El componente completamente sinterizado tuvo, en el caso de la variante 1, una densidad física de 7.1 g/cm3 y la contracción después de sinterizar era 7.6% y en el caso de la variante 2 tuvo una densidad física de 6.9 g/cm3 y ocurrió una contracción de 6.3%. La densidad teórica de este material es 7.35 g/cm3.

Ejemplo 3 Un componente que tiene una aleación objetivo como aleación a base de cobalto que tiene la composición 27.6Mo 8.9Cr~2.2Si, el resto de cobalto, fue producido utilizando un primer polvo atomizado con agua de una aleación de 27.6Mo 8.9Cr 2.2Si, el resto de cobalto, que tiene un tamaño de partícula d90 de 53.6 µp? y un segundo polvo de una aleación de 27.6 Mo 8.9 Cr 2.2 Si, el resto de cobalto, que tiene un tamaño de partícula d90 de 21 µ??. Ambos polvos fueron utilizados en una cantidad de 50% por masa para producir el precursor. La suspensión tenía una composición de 29% por masa de agua, 69% por masa del segundo polvo, 1% por masa de parafina y 1.4% por masa de aglutinante (PVA) .

El primer polvo fue introducido como carga inicial en un rotor de lecho fluidizado en el mismo. Una suspensión formada por agua, PVA y mezcla de polvo para la capa de cubierta fue rociada a través de un inyector de dos fluidos dispuesto tangencialmente a la dirección de la rotación del rotor. La formación de la capa de cubierta alrededor de los núcleos debe ocurrir muy lentamente.

Después de secarse, el precursor pulverulento tenía un tamaño de partícula d90 de 130 µp?. La densidad aparente era 3.0 g/cm3 y un tiempo de flujo de 29 s fue determinado por medio de un embudo del flujo de Hall.

La conformación fue realizada posteriormente mediante prensado para lograr la compactación y formación de un cuerpo verde. Esto se puede realizar usando los procesos de conformación acostumbrados, por ejemplo troquelado en herramientas, moldeado por inyección o extrusión. Se logró una densidad en verde de 6.4 g/cm3.

Después de eso, el cuerpo verde fue sinterizado en una atmósfera de hidrógeno usando los siguientes parámetros: Un tratamiento térmico fue realizado en etapas a temperaturas de 250°C, 350°C y 600°C con un tiempo de retención respectivo de 0.5 h, y un aumento subsecuente en la temperatura a 1285°C. La temperatura máxima fue mantenida por 2 horas.

El componente completamente sinterizado tenía una densidad física de 8.7 g/cm3 y la contracción después de sinterizar era 10.2%.

Se hace constar que con relación a esta fecha, mejor método conocido por la solicitante para llevar a práctica la citada invención, es el que resulta claro la presente descripción de la invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. El precursor para la producción de componentes metálicos sinterizados, caracterizado porque una capa de cubierta es formada sobre un núcleo que es formado respectivamente de una partícula de un primer polvo metálico, y la capa de cubierta es formada por un segundo polvo y un aglutinante; en donde el primer polvo tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 50 µ?t? y el segundo polvo tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 25 µp? y el precursor es pulverulento.

2. El precursor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo es formado por un metal de una aleación de metal .

3. El precursor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la capa de cubierta es formada por un metal, una aleación de metal y/o un óxido de metal .

4. El precursor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la proporción por masa de metal, aleación de metal y/u óxido de metal en la capa de cubierta es menor o igual a la proporción por masa de la partícula del primer polvo que forma el núcleo respectivo .

5. El precursor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque adicionalmente el carbono está presente en la capa de cubierta.

6. El precursor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo polvo del cual la capa de cubierta es formada es más dúctil que el primer polvo que forma los núcleos .

7. El proceso para producir un precursor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un primer polvo metálico que tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 50 µp? es revestido con una suspensión en la cual un segundo polvo tiene un tamaño de partícula d90 de por lo menos 25 µt? y un aglutinante están presentes en tal forma que una capa de cubierta que comprende el aglutinante y partículas del segundo polvo es formada sobre las partículas del primer polvo que forma los núcleos.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque un metal, una aleación de metal y/o un óxido de metal es utilizado como un segundo polvo.

9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque un primer polvo y un segundo polvo son utilizados los cuales forman una aleación de metal durante la sinterización.

10. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque las partículas del primer polvo son agitadas, al mismo tiempo rociadas con una suspensión que contiene el aglutinante y el segundo polvo y, después de que un espesor predeterminable de las capas de cubierta se ha logrado, el precursor es secado.

11. El proceso para producir componentes metálicos sinterizados utilizando un precursor pulverulento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el precursor pulverulento secado es sometido a un proceso de conformado en el cual ocurre la compactación y un cuerpo verde es obtenido, y posteriormente se realiza la sinterizacion para producir el componente.

12. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque en el caso de un precursor en el cual la capa de cubierta contiene un óxido de metal, el proceso de sinterizacion es realizado en una atmosfera de reducción.

13. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque una aleación de metal se forma de los componentes presentes en el primero y segundo polvos durante el proceso de sinterizacion.

14. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la formación de aleación se logra por medio de procesos de difusión mientras que se realiza el proceso de sinterizacion.

15. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque el revestimiento de partículas del primer polvo con una suspensión formada por el segundo polvo para formar las capas de cubierta sobre los núcleos formados por las partículas del primer polvo, el proceso de conformación y el proceso de sinterización son formados en tal forma que se logra una contracción después de la sinterización de menos de 8% y una densidad de más de 92% de la densidad teórica.

16. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un componente formado por una aleación a base de hierro, cobalto o níquel es producido.