Estudio de la influencia de la morfología y de la distribución de tamaños de partícula del polvo en la obtención de aleaciones base Cu y base Ni mediante la tecnología MIM

• Autores: José Manuel Contreras Andújar
• Directores de la Tesis: José Manuel Torralba Castelló (dir. tes.), Antonia Jiménez Morales (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2008
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Baselga Llido (presid.), Elena Gordo Odériz (secret.), Vicente Amigó Borrás (voc.), Elena Rodríguez Senín (voc.), María Teresa Pérez-Prado (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología e ingeniería mecánicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En las últimas dos décadas, el procesado mediante moldeo por inyección de polvos metálicos (MIM) ha sido una tecnología que ha experimentado un notable crecimiento año tras año debido a que constituye una alternativa rentable para la fabricación de piezas de pequeño tamaño y difícil geometría. Sin embargo, una de sus mayores limitaciones como tecnología es el alto coste que presentan los polvos metálicos con morfología esférica y pequeño tamaño de partícula que se utilizan normalmente en esta ruta de procesado. En el presente trabajo de investigación se ha estudiado la influencia de la morfología del polvo metálico y de la distribución de tamaños de partícula del mismo sobre cada una de las etapas que constituyen el procesado MIM. El objetivo principal es determinar la viabilidad de la sustitución total o parcial del tipo de polvo que se utiliza actualmente (atomizado en gas) por otros tipos de polvo más económicos. Para llevar a cabo este estudio, se seleccionaron dos materiales metálicos cuyo procesado mediante MIM presentara interés industrial. Se eligió un bronce (90Cu/10Sn) y una superaleación base níquel (Inconel 718). Ambos materiales fueron mezclados con un ligante formado por polietileno de alta densidad (HDPE) y cera parafínica utilizando además, en el caso del Inconel 718, ácido esteárico como agente surfactante. Este sistema ligante multicomponente es económicamente asequible y su abastecimiento está garantizado en el tiempo por lo que constituye una solución adecuada para su aplicación industrial. En la fabricación de las mezclas polvo-ligante se han utilizado polvos de diferente geometría y distribuciones de tamaño de partícula distinta. Por un lado se busca reducir el precio del �feedstock� (mezcla polvo-ligante) y, por otro, aumentar el empaquetamiento para reducir la viscosidad de las mezclas consiguiendo de este modo aumentar la carga sólida y mejorar el control dimensional sobre los componentes. Medidas reológicas y del par de torsión permitieron evaluar el contenido de polvo óptimo de cada mezcla polvoligante para llevar a cabo el proceso de moldeo del material. Además, el estudio de diferentes parámetros reológicos como la viscosidad, el índice de flujo, la energía de activación y el esfuerzo umbral ha permitido determinar cómo influye la morfología y distribución de tamaños de partícula del polvo sobre su procesabilidad. Una vez determinados los contenidos de polvo óptimos en cada caso, se procedió a la fabricación de componentes en verde (formados por el polvo metálico y el ligante) mediante moldeo por inyección de las diferentes mezclas. Para realizar una inyección satisfactoria fue necesario optimizar parámetros como la temperatura, el volumen, la presión y el flujo de inyección de modo que las piezas obtenidas no presentaran defectos de fabricación y fueran lo suficientemente resistentes para soportar la manipulación necesaria en las etapas posteriores. Al mismo tiempo, se estudió la facilidad de procesado de cada mezcla relacionándola con las características del polvo utilizado en cada caso. A continuación, se intentó determinar cuáles eran las técnicas de eliminación del ligante más convenientes teniendo en cuenta los materiales y los sistemas ligantes utilizados. A través de la caracterización térmica (TGA, DSC) del sistema ligante y de los �feedstocks� fabricados, se definieron las condiciones más adecuadas para llevar a cabo el proceso y, del mismo modo que en los casos anteriores, se estudió cómo influyen las características del polvo en el proceso de eliminación. Finalmente, se realizó la sinterización de los materiales, determinando las condiciones óptimas del proceso. Las piezas obtenidas fueron estudiadas evaluando algunas propiedades físicas y mecánicas como la densidad, porosidad y la dureza. Tanto el proceso de sinterización como las propiedades finales fueron relacionados con las características del polvo de partida. ________________________________________________ In the present Ph. D thesis, the influence of particle morphology and size distribution of the powder on the different stages of Powder Injection Moulding process (PIM) has been investigated. The aim of this work is to determine the optimal powder characteristics to carry out the process, just as to study the viability of the total or partial replacing of the gas atomised powder, nowadays used in this technology, with other kinds of more economical powders. The study was performed using different bronze (90Cu/10Sn) and superalloy Inconel 718 powders in order to fabricate powder-binder mixtures employing different particle morphologies and particle size distributions. The rheological properties determination of the powder-binder mixtures allowed knowing the optimal solids loading for the green components fabrication through injection moulding. Next, the more convenient conditions to carry out the binder elimination process were established and sintering of the materials was performed under different atmospheres and thermal cycles. Finally, the sintered components were characterized and the results were compared having into account the features of the powder used for their fabrication.