Producción de espumas de acero inoxidable 316L vía colado de gel

Abstract

Steel foams can be produced by a number of processes enabling fabrication of parts with either simple or complex geometries. In this study, series of low-toxicity gelcasting systems were developed (xanthan gum/locust bean gum, MAM/MBAM and methylcellulose) to make metallic powder slurries of 316L stainless steel with adequate stability for fabricating metallic porous structures. Also, the possibility of creating foams with complex geometry by using the mould technique of melt deposition, infiltrate them with wax of low melting point and determining the mass absorbed by the foam was assessed. The slurries were prepared using 45% in volume of stainless steel powder, with a particle size below 16 μm and 1.5% of X100 triton surfactant according to the volume of the slurries. The slurries were poured into a mold and gelled in an oven at temperatures between 60°C and 80°C during 20 h. In order to find out the optimum temperature, the experiments were performed with intervals of 5°C. The results showed that the slurries made with the systems MAM/MBAM and xanthan gum/locust bean gum collapsed during the residence time in the oven. The methylcellulose foams remained stables at 65°C. These foams were sintered at 1250°C. As a result, good foams with low density, approximately 1 g/cm3, 87% of porosity and with pore morphology almost spherical. In this context, it is concluded the slurries with 45% of 316L stainless steel powder in a solution of 2% of methylcellulose are considered suitable for producing metallic foams. In the other hand, it was possible to mould the foams using the melt deposition technique, holding the desired shape with complex geometries.

Las espumas de acero se pueden fabricar por diferentes métodos permitiendo obtener geometrías simples o complejas. En este estudio, se desarrollaron composiciones de sistemas de baja toxicidad (xanthan gum/locust bean gum, MAM/MBAM y metilcelulosa) para producir suspensiones de polvos metálicos de acero inoxidable 316L con la estabilidad adecuada que permitiera fabricar estructuras porosas metálicas. También, se valoró la posibilidad de crear espumas con geometría compleja por medio de la técnica de moldeo por deposición fundida e infiltrarlas con cera parafina de bajo punto de fusión, y determinar la masa absorbida por la espuma. Las suspensiones fueron preparadas usando 45% en volumen de partículas de acero inoxidable con tamaños menores a 16 μm, y empleando 1.5% de surfactante triton X100 de acuerdo al volumen de las suspensiones. Las suspensiones obtenidas fueron vaciadas en un molde y gelificadas en un horno a temperaturas entre 60 y 80°C, durante 20 horas. Para determinar la temperatura óptima de gelación, los experimentos se realizaron con incrementos de 5°C. Los resultados mostraron que las suspensiones hechas con los sistemas MAM/MBAM y Xanthan gum/ locust bean gum colapsaron durante el tiempo de residencia en el horno mientras que las de metilcelulosa permanecieron estables a 65°C. Así, las espumas de metilcelulosa fueron sinterizadas a 1250°C. Como resultado, se obtuvieron buenas espumas con baja densidad, aproximadamente de 1 g/cm3, con una porosidad de 87% y morfología de poro casi esférica. En base a esto, se concluye que suspensiones con 45% de polvo de acero inoxidable 316L en una solución con 2% de metilcelulosa son consideradas apropiadas para producir espumas metálicas. Por otro lado las espumas fueron capaces de ser obtenidas con el proceso de moldeo por deposición fundida, manteniendo la forma deseada y dando lugar a espumas con geometrías complejas.