Polvo de Proceso de Electrodo Rotatorio de Plasma: Una guía completa

Visión general

El polvo del proceso de electrodos giratorios de plasma (PREP) es un tipo de polvo esférico fabricado mediante el método PREP. Los polvos PREP tienen propiedades únicas que los hacen adecuados para su uso en diversas aplicaciones como revestimientos de pulverización térmica, fabricación aditiva de metales y moldeo por inyección de metales.

Algunas de las principales características del polvo PREP son

• Morfología muy esférica con superficie lisa
• Microestructura controlada con tamaño de grano fino
• Baja porosidad y alta densidad
• Excelente fluidez y untabilidad
• Alta densidad de empaquetado
• Buenas características de mezcla
• Capacidad para fabricar aleaciones y materiales compuestos

PREP permite personalizar las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, la composición, la densidad, el contenido de óxido, etc. Mediante el control de los parámetros del proceso PREP, los polvos pueden adaptarse a los requisitos específicos de cada aplicación.

Tipos de polvos PREP

Material en polvo	Composición	Propiedades clave y aplicaciones
Aleación de níquel	NiCr, NiCrAlY, NiCoCrAlY	Resistencia a la oxidación y la corrosión. Recubrimientos por pulverización térmica.
Aleación de cobalto	CoCr, CoCrAlY, CoNiCrAlY	Resistencia a altas temperaturas. Recubrimientos por pulverización térmica.
Acero inoxidable	316L, 304L	Resistencia a la corrosión. Metal AM, MIM.
Acero para herramientas	H13, P20	Alta dureza. Metal AM, MIM.
Aleación de titanio	Ti6Al4V, TiAl	Elevada relación resistencia/peso. Implantes biomédicos, aeroespacial.
Aleación de cobre	CuCrZr	Alta conductividad térmica. Aplicaciones electrónicas.
Aleación de aluminio	AlSi12	Ligeros. Componentes de automoción.
Aleación de tungsteno	WNiFe, WCo	Alta densidad. Blindaje contra la radiación.

Composición y microestructura

PREP permite un estrecho control de la composición del polvo y de las características microestructurales:

• Los elementos de aleación pueden modificarse para conseguir las propiedades deseadas
• La microsegregación se minimiza en comparación con la atomización con gas
• Microestructura de grano fino con distribución uniforme de las fases
• La porosidad y el contenido de óxido pueden reducirse a niveles muy bajos
• La morfología esférica se mantiene tras la aleación

Propiedades principales del polvo PREP

Propiedad	Descripción	Beneficios
Distribución granulométrica	PREP puede lograr una distribución estrecha con d50 controlado.	Garantiza una fusión uniforme y propiedades constantes.
Morfología	Forma muy esférica, superficie lisa.	Excelente flujo y densidad de empaquetamiento.
Densidad aparente	Puede optimizarse en función de las necesidades.	Una mayor densidad mejora el esparcimiento del polvo.
Fluidez	Medido por el método del caudalímetro Hall.	Garantiza una alimentación y distribución uniformes del polvo.
Densidad de embalaje	Alta densidad de empaquetado de hasta 60%.	Maximiza la fracción de volumen de polvo metálico en el componente.
Contenido de óxido	Niveles de óxido por debajo de 0,2% alcanzados.	Reduce las inclusiones de óxido en la pieza final.
Microestructura	Grano fino y homogéneo.	Distribución uniforme de la propiedad en la parte final.
Química de superficies	Química controlada con precisión.	Formación de óxido, humectabilidad y dispersión optimizadas.

Aplicaciones del polvo PREP

El polvo PREP se utiliza en diversos sectores gracias a sus propiedades especiales:

Revestimientos por pulverización térmica

• La excelente fluidez da como resultado una velocidad de alimentación y una calidad de recubrimiento uniformes
• La distribución controlada del tamaño de las partículas optimiza la fusión y minimiza el polvo no fundido
• La morfología lisa de la superficie mejora la densidad del revestimiento y la fuerza de adherencia
• El bajo contenido de óxido evita inclusiones de óxido en el revestimiento
• La forma esférica aumenta la eficacia de la deposición

Metal Fabricación aditiva

• La alta densidad de empaquetado permite más material por capa, reduciendo los huecos
• La morfología lisa de la superficie permite una fusión y un flujo del baño de fusión uniformes
• La distribución controlada del tamaño de las partículas evita los problemas de segregación
• El escaso óxido superficial permite una buena unión entre partículas
• La esfericidad y la fluidez minimizan los problemas de alimentación de polvo

Moldeo por inyección de metales

• La alta densidad de empaquetamiento maximiza la densidad sinterizada
• La distribución uniforme del tamaño de las partículas evita la segregación
• Su buena fluidez y compatibilidad permiten una mezcla homogénea
• El bajo contenido en óxidos evita los defectos de sinterización
• La composición controlada proporciona las propiedades deseadas tras la sinterización

Especificaciones

Especificaciones típicas del polvo PREP:

Parámetro	Gama
Tamaño de las partículas	10 - 150 micras
Distribución granulométrica	D10, D50, D90 controlables
Morfología	Altamente esférico ≥ 0,9
Densidad aparente	Hasta 60% de densidad teórica
Fluidez del pasillo	< 30 s/50 g
Contenido de óxido	< 0,2 wt%
Microestructura	Grano fino < 10 micras
Química de superficies	Niveles de O, C y N controlados con precisión

Proveedores y precios

Algunos de los principales proveedores mundiales de polvos PREP son:

Proveedor	Ubicación
Sandvik	Suecia
Praxair	EE.UU.
Hoganas	Suecia
Grupo CNPC Powder	China

El precio del polvo PREP varía en función de:

• Metal base (Ni, Co, acero)
• Composición de la aleación
• Distribución granulométrica
• Cantidad del pedido
• Nivel de personalización

Los precios indicativos oscilan entre $50/kg y $120/kg para las aleaciones comunes. Las aleaciones personalizadas y la distribución granulométrica pueden aumentar el coste.

Comparación con el polvo atomizado con gas

Parámetro	PREP Polvo	Polvo atomizado con gas
Forma de las partículas	Muy esférica	Irregular, satélites presentes
Contenido de óxido	Muy bajo <0,2%	Normalmente 0,5-2%
Porosidad	Casi totalmente denso	Puede tener una porosidad de 10-20%
Homogeneidad de la aleación	Excelente	Propensión a la segregación
Fluidez	Muy buena	Más bajo debido a los satélites
Densidad de embalaje	Hasta 60%	Normalmente 30-40%
Química de superficies	Control preciso	Variable en función del proceso
Coste	Más alto	Menor coste de capital

Ventajas del polvo PREP

• Excelente morfología esférica para una mayor fluidez
• Distribución controlada del tamaño de las partículas
• Baja porosidad y contenido en óxidos
• Homogeneidad de la aleación y microestructura fina
• Composición y propiedades personalizables
• Alta densidad de empaquetado para AM y MIM

Limitaciones del polvo PREP

• Mayor coste en comparación con el polvo atomizado con gas
• Limitado a tamaños de partícula más pequeños, normalmente inferiores a 150 micras
• Requiere un control y una optimización avanzados del proceso
• Velocidad de producción limitada en comparación con la atomización con gas
• Restringido a determinados metales comunes como Ni, Co y aceros.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué es el polvo del proceso de electrodos rotativos de plasma (PREP)?

R: El polvo PREP es un polvo metálico altamente esférico producido mediante el método PREP, que consiste en hacer girar un electrodo en un arco de plasma bajo un control preciso para conseguir las características deseadas del polvo.

P: ¿Qué materiales pueden convertirse en polvo PREP?

R: Los materiales más comunes son el níquel, el cobalto, el acero inoxidable, el acero para herramientas, el titanio, el aluminio y las aleaciones de cobre. También es posible utilizar otras aleaciones y materiales compuestos mediante PREP.

P: ¿Cuáles son las principales ventajas del polvo PREP?

R: Las principales ventajas son la excelente esfericidad y fluidez, la distribución controlada de las partículas, la escasa porosidad y óxidos, la microestructura fina y uniforme, la composición personalizable y la alta densidad de empaquetamiento.

P: ¿Para qué se utiliza el polvo PREP?

R: Las principales aplicaciones son los recubrimientos por pulverización térmica, la fabricación aditiva de metales y el moldeo por inyección de metales, debido a sus propiedades especializadas.

P: ¿En qué se diferencia el polvo PREP del polvo atomizado con gas?

R: El polvo PREP tiene una esfericidad superior, menos óxidos, menos porosidad, una composición y una microestructura más homogéneas que el polvo atomizado con gas.

P: ¿Es el polvo PREP más caro que el polvo atomizado con gas?

R: Sí, el polvo PREP suele ser más caro debido a la mayor complejidad y control del proceso. Sin embargo, ofrece importantes ventajas de rendimiento con respecto al polvo atomizado con gas.

P: ¿Qué tamaño de partícula tiene el polvo PREP?

R: La gama habitual es de 10 a 150 micras. Son posibles tamaños más pequeños y más grandes, pero son menos habituales. La distribución granulométrica también puede controlarse según las necesidades.

P: ¿El polvo PREP tiene opciones de aleación limitadas?

R: El PREP está más establecido para aleaciones de níquel, cobalto y acero inoxidable. Pero el desarrollo continuo del proceso está ampliando los sistemas de aleación posibles, incluidos materiales reactivos como el titanio y el aluminio.

P: ¿Se puede personalizar el polvo PREP para aplicaciones específicas?

R: Sí, la personalización es una ventaja clave de PREP. Las características de las partículas y la composición de la aleación pueden adaptarse a los requisitos de la pulverización térmica, AM, MIM, etc.

Additional FAQs on Plasma Rotating Electrode Process Powder

1) How does PREP differ from EIGA and gas atomization in contamination risk?

• PREP melts a rotating bar with a plasma arc; droplets are flung off in inert/vacuum, avoiding crucibles and minimizing contact surfaces. Compared with gas atomization, PREP typically achieves lower oxide and inclusion content; versus EIGA (Electrode Induction-melting Gas Atomization), PREP often delivers higher sphericity and fewer satellites for similar alloy systems.

2) What electrode feedstock quality is required for consistent PREP powder?

• Use vacuum arc remelted (VAR) or electroslag remelted (ESR) bars with tight chemistry tolerances, low O/N/H, and minimal surface defects. Consistent diameter and straightness are critical to maintain stable melt rate and droplet size.

3) What particle size distributions are realistic for AM vs. thermal spray from PREP?

• AM LPBF: typically 15–45 μm or 20–63 μm cuts. DED/EBAM: 45–106 μm. Thermal spray (HVOF/APS): 15–90 μm depending on process. PREP can target narrow spans with high yield due to its ligament-free droplet formation.

4) How is oxygen controlled in PREP powders for reactive alloys like Ti and Al?

• Operate in high-purity argon under low O2/H2O ppm, pre-clean and outgas electrodes, and minimize residence time. Post-process vacuum anneal or plasma reconditioning may further reduce surface oxides for Ti6Al4V and AlSi12.

5) Are PREP powders suitable for medical implants?

• Yes, when produced from medical-grade feedstock and per standards (e.g., ASTM F3001 for Ti-6Al-4V ELI powders). Lot-level certificates must document bioburden, chemistry, O/N/H, PSD, flow, and density. Ensure compliance with ISO 13485, ISO 10993 biocompatibility, and applicable FDA/CE requirements.

2025 Industry Trends for PREP Powder

• Qualification acceleration: More OEMs pre-qualify PREP Ti6Al4V and CoCr for LPBF/EBM to reduce support-induced defects and improve fatigue limits.
• Process analytics: High-speed IR/optical monitoring of the melt crown and droplet plume enables closed-loop control of electrode rpm and arc power.
• Sustainability: Increased argon recirculation, energy recovery, and Environmental Product Declarations (EPDs) for PREP lines.
• Alloy portfolio growth: PREP adoption for CuCrZr and high-strength maraging/tool steels aimed at conformal-cooled tooling and RF hardware.
• Digital powder passports: Traceability linking electrode heats, arc parameters, PSD, O/N/H, and sieve yields to end-part serials.

2025 Snapshot: PREP Powder KPIs (indicative ranges)

Métrica	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Sphericity (image analysis, Ti6Al4V)	0.92–0.96	0.93–0.97	0.94–0.98	Supplier QA reports, peer-reviewed PREP studies
Oxygen (wt%, Ti6Al4V ELI)	0.12–0.18	0.10–0.15	0.09–0.13	ISO/ASTM 52907-compliant lots
AM-grade yield to 15–45 μm	28–38%	30–42%	32–45%	Better rpm/arc control and classification
Hall flow (s/50 g, CoCr/316L)	14–22	13–21	12–20	Higher sphericity, fewer satellites
Lead time (weeks, common alloys)	6–10	5-8	4–7	Added PREP capacity EU/US/APAC

References: ISO/ASTM 52907/52920/52930; ASTM B214/B212/B964; supplier datasheets (Sandvik, Höganäs, Carpenter Additive); NIST AM Bench resources; journal articles on PREP/Ti and CoCr powders.

Latest Research Cases

Case Study 1: PREP Ti6Al4V ELI for Fatigue-Critical LPBF Implants (2025)

• Background: A medical OEM sought to reduce scatter in high-cycle fatigue for acetabular cup lattices built via LPBF.
• Solution: Switched from gas-atomized to PREP Ti6Al4V ELI (15–45 μm), with documented O/N/H and narrow PSD; implemented vacuum stress relief and optimized laser parameters for smoother struts.
• Results: Density improved from 99.5% to 99.8%; O reduced from 0.14 to 0.11 wt%; fatigue life at 10^7 cycles increased by 18–24%; support removal time reduced 12% due to improved flow and spreading.

Case Study 2: PREP CoCrAlY for HVOF Turbine Coatings (2024)

• Background: An MRO facility aimed to cut porosity and oxide stringers in bond coats to improve TBC adherence.
• Solution: Adopted PREP CoCrAlY (20–63 μm), tuned HVOF fuel/oxygen ratios, and tightened powder moisture controls.
• Results: Coating porosity fell from 3.2% to 1.6%; oxide inclusions reduced by 40%; TBC spallation life improved 30% in burner rig tests; feed interruptions decreased due to superior powder flowability.

Opiniones de expertos

• Prof. Iain G. Todd, Professor of Metallurgy, University of Sheffield
• Viewpoint: “PREP’s contact-free melting and spherical droplets yield powders with lower oxide and inclusion content—key for reliable fatigue performance in AM titanium.”
• Dr. Christina M. Lomasney, Materials Scientist and AM Advisor
• Viewpoint: “Powder hygiene is decisive. PREP can deliver exceptional sphericity, but without low O2/H2O handling, you lose those benefits in downstream AM.”
• Dr. Eric G. Ahlstrom, Thermal Spray Specialist, former Rolls-Royce
• Viewpoint: “For HVOF bond coats like CoCrAlY, PREP powders consistently improve feed stability and reduce porosity, boosting TBC adhesion and life.”

Practical Tools and Resources

• Standards and qualification
• ISO/ASTM 52907 (feedstock), 52920/52930 (process/quality): https://www.iso.org
• ASTM F3001 (Ti-6Al-4V ELI), ASTM F3184 (metal powder reuse guidance), ASTM B214/B212/B964 test methods: https://www.astm.org
• Data and design
• NIST AM Bench datasets and measurement science: https://www.nist.gov
• Copper Development Association and Nickel Institute for alloy property data: https://www.copper.org, https://www.nickelinstitute.org
• Thermal spray guidance
• ASM Thermal Spray Society resources: https://www.asminternational.org
• OEM HVOF/APS process notes (e.g., Praxair/TAFA, Oerlikon Metco)
• Quality and compliance
• ISO 13485 for medical devices; ISO 9001 for powder production QA
• NFPA 484 safety for combustible metal powders: https://www.nfpa.org
• Market/pricing
• LME indices for Ni, Co, Ti feedstock tracking: https://www.lme.com

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 focused FAQs; introduced a 2025 KPI table for PREP powders; provided two recent case studies (Ti6Al4V ELI for LPBF implants and CoCrAlY for HVOF); compiled expert viewpoints; linked standards, data, thermal spray, QA, safety, and market resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM feedstock standards update, OEMs release new PREP qualification criteria, or notable shifts occur in Ni/Co/Ti prices affecting PREP powder availability and cost