CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a nuevos materiales compuestos que sustituyen al plomo para, entre otras aplicaciones, la fabricación de munición ecológica tal como, por ejemplo, perdigones, que comprenden una matriz metálica en la que se distribuyen partículas metálicas de refuerzo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los perdigones de plomo son utilizados de forma convencional en actividades cinegéticas. La densidad es la característica que le confiere al perdigón de plomo sus excelentes propiedades balísticas. Esta característica es la que hace muy difícil la obtención de nuevos materiales para la fabricación de perdigones aptos para dichas actividades cinegéticas.

Sin embargo, la elevada toxicidad del plomo que implica un constante deterioro del medio ambiente, especialmente en los humedales, así como el envenenamiento de un gran número de especies animales, ha creado la necesidad de desarrollar múltiples soluciones para paliar este grave problema.

Uno de los sustitutos del plomo es el acero y, de hecho, se encuentra comercializada munición a base de dicho material. Sin embargo presenta importantes inconvenientes entre los que se encuentra su baja densidad y su mayor dureza respecto del plomo, lo que necesariamente implica una mayor cantidad de explosivos, limitando, así, el arma a utilizar.

En la patente americana US 4949644 se describe el desarrollo de perdigones de bismuto. Dicho material presenta una densidad superior a la del acero pero inferior a la del plomo. Unido a este problema, el bismuto es un material muy frágil lo que conlleva a la fractura y desintegración del perdigón durante el impacto.

En las patentes americanas US5264022, US5527376 y US5713981 se describe el desarrollo de perdigones conteniendo la aleación binaria hierro-wolframio en distintas proporciones (con un porcentaje de wolframio del 30-46%, del 40-60%, o del 30-65%). El principal inconveniente de este material es su elevada dureza, que se traduce en el daño producido en el cañón del arma.

En la patente americana US4949645 se describe el desarrollo de perdigones formados por wolframio y un polímero en polvo (polietileno o caucho de silicona, por ejemplo). El problema de este material radica en que el proyectil no penetra debido a que la energía cinética es absorbida y disipada en su propia deformación.

En la patente americana US6149705 se describe el desarrollo de perdigones compuestos por un núcleo de polvo de carburo de wolframio, que puede contener también elementos como el tungsteno o el Tántalo, recubierto de metales tales como aluminio, bismuto, cobre, estaño o zinc. Sin embargo, dicha munición presenta el inconveniente de una excesiva dureza del núcleo de carburo de wolframio por lo que, al impactar con el objetivo de caza, produce una perforación del animal con salida.

En la patente de Gran Bretaña GB 221 1920 A, se describe el desarrollo de perdigones compuestos por aleaciones de zinc-aluminio o zinc-estaño, con posibles adiciones de otros metales como cobre, magnesio, silicio, metales alcalinos o alcalinotérreos. Dichos perdigones, sin embargo, presentan una baja densidad con respecto a la del plomo, lo que puede llevar a tener que cambiar el arma.

En la patente de Gran Bretaña GB 23271 13 A, se describe el desarrollo de perdigones compuestos por una aleación estaño-bismuto, preferiblemente en la proporción del eutéctico (45% Bi y 55% Sn), que también presentan inconvenientes en cuanto a su densidad y pureza.

Hasta la patente ES 2223305 no se había descrito un material alternativo al plomo que permitiera fabricar munición ecológica destinada a actividades cinegéticas.

En dicha patente española ES 2223305, los autores proponían un material compuesto que permitía sustituir al plomo para todo su rango de propiedades balísticas, ya que la munición fabricada a partir de dicho material compuesto presentaba buenas propiedades relativas al alcance y a la transmisión de la energía cinética durante el impacto gracias a su óptima deformabilidad. Dicho material compuesto se basaba en una matriz metálica en la que se distribuían partículas de refuerzo, estando la matriz metálica compuesta por una aleación de zinc y bismuto, de zinc y aluminio, o de estaño y bismuto y siendo las partículas metálicas de refuerzo de wolframio o ferrowolframio sometidas a oxidación previamente a su adición a la matriz metálica. Estos materiales son de tipo ODS (Oxyde dispersed strenght ó de dispersión particulada).

Además, los autores de la patente ES 2223305 describían una munición ecológica fabricada a partir del material compuesto descrito.

En base a nuevos avances en su trabajo de experimentación, los autores de la presente invención han introducido una serie de mejoras en la composición del material compuesto de tipo ODS de la patente ES 2223305. Concretamente, en esta adición contemplan una nueva aleación metálica base, de estaño y zinc, así como la incorporación de un tercer metal, seleccionado entre aluminio y/o bismuto, a la matriz metálica.

La nueva adición de los elementos metálicos aluminio, bismuto y la aleación estaño-zinc, complementa el enorme abanico de posibles materiales compuestos protegidos en la patente ES 2223305, pudiendo así obtener materiales compuestos a la carta: con baja, alta y media densidad, alto, bajo y medio punto de fusión; amplio rango de durezas y plasticidades y deformabilidades.

Los nuevos materiales compuestos con adición de bismuto presentan mayores densidades, puntos de fusión más bajos y una combinación de propiedades dureza- plasticidad óptima.

Los nuevos materiales con adición de aluminio, posibilitan la obtención de una nueva gama de materiales más ligeros, que no estaban contemplados en la patente ES 2223305.

Además de la fabricación de munición ecológica, las mejoras en la composición del material compuesto permiten su empleo en nuevas aplicaciones, tales como la fabricación de pesos y anzuelos emplomados para pesca, contrapesos inerciales en automóviles y dispositivos móviles, soldaduras en productos electrónicos, material deportivo, materiales para la protección de la radiación, material para la protección personal, baterías de coche y conducciones de agua.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es el mismo que el de la patente española ES 2223305, es decir, proporcionar un material compuesto alternativo al plomo para la fabricación de munición ecológica que comprende una matriz metálica y partículas metálicas de refuerzo distribuidos en ella.

Pero además, se ha incluido en el material compuesto una serie de mejoras que se detallan a continuación en la descripción. Estas mejoras permiten además sustituir al plomo en otras aplicaciones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un material compuesto ecológico tipo ODS (Oxyde dispersed strenght ó de dispersión particulada) que comprende a) una matriz metálica compuesta por una aleación de zinc y bismuto, de zinc y aluminio, de estaño y bismuto o de zinc y estaño y un metal seleccionado entre aluminio, bismuto y su combinación y b) partículas metálicas de refuerzo distribuidas en ella seleccionadas de wolframio, ferrowolframio, carburos de ferrowolframio, carburos de wolframio, óxidos de wolframio y óxidos de ferrowolframio, sometidas a oxidación previamente a su adición a la matriz metálica.

La incorporación del aluminio y/o bismuto a la aleación metálica base de la patente 2223305 da lugar a nuevos materiales perfeccionados en cuanto a densidad, deformabilidad y dureza.

En particular, la incorporación del bismuto a los materiales compuestos de la patente ES 2223305, supone la posibilidad de obtener nuevos materiales compuestos con mayor densidad y menor punto de fusión, mientras que la adición del aluminio permite la obtención de materiales compuestos más ligeros y baratos, todo ello mejorando las propiedades de conformabilidad y deformabilidad que ya poseían los materiales compuestos de la patente ES 2223305.

Una de las ventajas que supone la nueva adición de bismuto a los materiales compuestos de la patente ES 2223305, es el poder disminuir los puntos de fusión de dichos materiales compuestos. Esto conlleva un ahorro económico importante en cuanto al coste energético que supone la fusión de estos nuevos materiales compuestos y, por tanto, un ahorro en el coste del producto final elaborado.

Otra de las mejoras que supone la adición del bismuto a los materiales compuestos de la patente ES 2223305, es la obtención de nuevos materiales compuestos con propiedades intermedias entra la cierta fragilidad del bismuto y la mayor dureza de los materiales compuestos, manteniendo así las propiedades óptimas de deformabilidad que poseen estos materiales compuestos. Además, la adición del bismuto permite obtener materiales aun con mayor densidad. Este hecho posibilita el empleo de estos nuevos materiales compuestos con garantías en aquellas aplicaciones en las que el plomo aun se encuentra presente, y que se han comentado anteriormente. Por otra parte, la nueva adición de aluminio a los materiales compuestos de la patente ES 2223305 posibilita la obtención de una nueva gama de materiales más ligeros y de menor coste, que pueden ser empleados para aquellas aplicaciones que requieran ligereza en sus componentes, dado que el aluminio es un elemento metálico con baja densidad.

En aquellos casos en los que la aleación metálica base es de zinc y bismuto, de estaño y bismuto o de zinc y estaño, se contempla la adición de aluminio. En estos casos, en una realización preferida, el aluminio está presente en una proporción del 0,1 -10% en peso respecto del peso total de aleación metálica.

En aquellos casos en los que la aleación metálica base es de zinc y aluminio o zinc y estaño, se contempla la adición de bismuto. En estos casos, en una realización preferida, el bismuto está presente en una proporción del 0,1 -10% en peso respecto del peso total de aleación metálica. En los casos en los que la aleación metálica base es de zinc y estaño, se contempla la adición de aluminio y/o bismuto, cada uno en una proporción del OJ I OLO en peso respecto del peso total de aleación metálica.

En realizaciones particulares, además del 0,1 -10% en peso de aluminio y/o bismuto, la matriz metálica está compuesta por una aleación de zinc y bismuto con un 2-44% en peso de bismuto y un 56-98% en peso de zinc; o una aleación de zinc y aluminio con un 75-95% en peso de zinc y un 5-25% en peso de aluminio; o una aleación de bismuto y estaño con un 71 -99% en peso de bismuto y un 1 -29% en peso de estaño, o una aleación de zinc y estaño con un 1 -99% en peso de zinc y estaño con un 99-1 % en peso, porcentajes en peso respecto al peso total de aleación. Las nuevas aleaciones metálicas contempladas en la presente solicitud estarían por tanto definidas por las siguientes fórmulas:

- Bi(2-44%)-Zn(56-98%) + Al (0,1 -10%)

- Zn(75-95%)-AI(5-25%) + Bi (0,1 -10%)

- Bi(71 -99%)-Sn(1 -29%) + Al (0,1 -10%)

- Zn(1 -99%)-Sn(99-1 %) + Al (0,1 -10%)

- Zn(1 -99%)-Sn(99-1 %) + Bi (0,1 -10%)

- Zn(1 -99%)-Sn(99-1 %) + Al (0,1 -10%) y Bi (0,1 -10%) Las temperaturas de fusión de estos nuevos materiales tipo ODS estarían comprendidas entre 300-600 ^e C, en el caso del bismuto y zinc, entre 300-650 ^e C, en el caso de zinc y aluminio, entre 170-400 ^e C, en el caso de bismuto y estaño, o entre 300-600 ^e C, en el caso de zinc y estaño. En una realización particular del material compuesto de la invención, las partículas metálicas de refuerzo tienen un diámetro medio de 1 -500 μηι.

En otra realización particular, la proporción entre la matriz metálica y las partículas metálicas refuerzo varía entre 0 y 1 .5. En otra realización particular, la matriz metálica del nuevo material compuesto comprende adicionalmente un metal seleccionado entre antimonio, hierro, estaño, zinc, cobre y combinaciones de los mismos. La composición del nuevo material compuesto contemplado en esta adición a la patente ES 2223305, le otorga unas propiedades que lo hacen adecuado no sólo para la fabricación de munición ecológica, sino también para la fabricación de pesos y anzuelos emplomados para pesca, contrapesos inerciales en automóviles y dispositivos móviles, soldaduras en productos electrónicos, material deportivo, materiales para la protección de la radiación, material para la protección personal, baterías de coche y conducciones de agua.

Aunque, gracias a sus propiedades, cualquiera de los diferentes tipos de materiales compuestos contemplados en esta invención son adecuados para cualquiera de las aplicaciones citadas, en una realización preferida de la invención, el nuevo material compuesto tipo ODS está constituido por la aleación base estaño-bismuto y aluminio (1 -10%), posee una densidad comprendida entre 8-9 g/cc, un punto de fusión comprendido entre 350-650 ^e C y unas propiedades mecánicas tales como buena ductilidad y maleabilidad, que le hacen ser un material compuesto óptimo para la fabricación de pesos y anzuelos emplomados para pesca.

En otra realización preferida de la invención, el nuevo material compuesto está constituido por la aleación base zinc-estaño y bismuto (1 -10%), posee una densidad comprendida entre 7,5-8 g/cc, un punto de fusión comprendido entre 350-650 ^e C y unas propiedades físicas tales como un bajo punto de fusión que le hacen ser un material compuesto óptimo para su uso en soldaduras de productos electrónicos.

En otro aspecto de la invención se contempla una munición ecológica fabricada a partir del material compuesto de la presente invención.

En una realización particular, dicha munición ecológica es un perdigón con una densidad de 7-14 g/cm3.

En otra realización preferida, dicho perdigón tiene propiedades magnéticas.