Desarrollo y optimización del proceso de moldeo por inyección de metales (MIM) de aleaciones magnéticas blandas base hierro

Résumé

Las aleaciones magnéticas blandas base hierro se utilizan en una gran variedad de aplicaciones eléctricas y electrónicas, entre las que destacan los motores y los generadores. Su uso está muy extendido debido a su buena combinación de propiedades magnéticas y su relativo bajo coste. El avance de las tecnologías y la mayor concienciación con el medio ambiente han derivado en una búsqueda de mejoras en la eficiencia de estas aplicaciones. Esta búsqueda conlleva la optimización de las aleaciones magnéticas blandas base hierro. A principios del siglo XX, el estudio sistemático de las aleaciones magnéticas blandas condujo al descubrimiento de sus buenas propiedades magnéticas, y comenzó su utilización en aplicaciones eléctricas y electrónicas. Desde entonces, el desarrollo de estos materiales continúa suscitando un gran interés, y abarca el diseño de propiedades específicas mediante la introducción de nuevos elementos de aleación y la utilización de métodos de procesamiento alternativos, entre otros. En la presente Tesis Doctoral se propone el desarrollo y la optimización del proceso de Moldeo por Inyección de Metales (MIM) de aleaciones magnéticas blandas base hierro. Esta técnica permite la fabricación de componentes con morfologías complejas, sin la utilización de operaciones secundarias, que deterioran la respuesta magnética de estos materiales. Además, mediante MIM se pueden producir piezas de mayor densidad y menor contaminación que con respecto a las técnicas de procesado clásicas. Todo esto conlleva a la obtención de componentes finales de propiedades mejoradas. Este trabajo comienza con un estudio preliminar de las aleaciones base hierro Fe-49Ni, Fe-35Co y Fe-3.8Si. En dicho estudio se evalúa la viabilidad de MIM en la producción de componentes de estas aleaciones, a partir de polvo prealeado y con la utilización de parámetros convencionales. El estudio continúa con la optimización de todas las etapas del proceso MIM para la obtención de componentes magnéticos blandos de las aleaciones Fe-6Si y Fe-3.8Si de propiedades mecánicas y magnéticas mejoradas. La optimización del proceso MIM se inicia con la optimización de la carga de polvo en el feedstock a través de métodos basados en la reometría de torque y en medidas de la densidad. La segunda etapa consiste en la selección de los parámetros de inyección que conduzcan a la obtención de piezas en verde libres de defectos. En la tercera etapa se seleccionan los parámetros más adecuados para la eliminación gradual y eficiente del sistema ligante. Por último, se evalúa el efecto de diferentes atmósferas y ciclos de sinterización en las propiedades mecánicas y magnéticas de las piezas finales. Dichas propiedades han sido comparadas con las que se obtienen a través de los métodos clásicos de procesado. Los resultados de este trabajo muestran que el proceso MIM es una alternativa eficaz en la producción de componentes magnéticos blandos de las aleaciones Fe-Si.