Polvos metálicos atomizados: aplicaciones, especificaciones y comparaciones

Polvos metálicos atomizados permiten métodos de fabricación como la fabricación aditiva y la pulverización térmica que necesitan materias primas con tamaños de partícula, formas y propiedades metalúrgicas a medida. Esta guía revisa los procesos de producción, las especificaciones, los metales adecuados, los usos, la selección de proveedores y las alternativas en torno a los polvos atomizados comerciales.

polvos metálicos atomizados Panorama general

La atomización convierte los flujos de metal fundido en finos aerosoles de gotas esféricas que se enfrían rápidamente hasta convertirse en polvo. Atributos clave frente a alternativas como la precipitación química:

• Distribución controlada del tamaño de las partículas desde 10 micras hasta más de 300 micras
• Capacidad para procesar aleaciones reactivas en atmósferas de gas inerte.
• Solidificación rápida que produce microestructuras más finas
• Menores niveles de impurezas de oxígeno y nitrógeno
• Rentabilidad gracias al alto rendimiento del polvo destinado a 50%+.
• Adaptabilidad preparando la mayoría de los metales y aleaciones comerciales

Conocer los métodos de producción disponibles, las especificaciones, las aplicaciones y los aspectos económicos permite aprovechar adecuadamente las ventajas y limitaciones de la atomización a la hora de seleccionar polvos metálicos.

Métodos de atomización de polvos metálicos

Las escalas industriales requieren atomización mediante gas, agua o procesos centrífugos:

Cuadro 1. Técnicas de atomización a escala comercial para producir polvos metálicos junto a rasgos de salida

Cada técnica ofrece ventajas únicas en cuanto al tamaño de las partículas, el rendimiento del polvo, la velocidad de enfriamiento rápido y la compatibilidad con el universo de los metales expansivos.

Metales y aleaciones compatibles con la atomización

La atomización procesa de forma viable la mayoría de los metales y aleaciones comerciales, incluidos:

• Aleaciones de titanio que contienen aluminio y vanadio
• Superaleaciones como Inconel, a base de níquel, y aleaciones Haynes, a base de cobalto.
• Metales de alta temperatura como el molibdeno, el wolframio y el tántalo
• Elementos reactivos como el cromo y el manganeso
• Metales preciosos como el oro, la plata y el platino
• Metales refractarios: niobio, circonio y hafnio
• Variedades comunes de aceros inoxidables austeníticos 316L y 304L

La fuerte reactividad química en estado fundido limita la aplicabilidad de algunos metales elementales, como el manganeso o el cromo puros. Pero la mezcla en aleaciones mitiga los inconvenientes de la reactividad gracias a la compatibilidad con la atomización, una ventaja frente a otros métodos de producción de polvo.

Características y propiedades de Polvos metálicos atomizados

La atomización produce polvos metálicos con características adaptadas a las necesidades del proceso de producción:

Distribuciones granulométricas

• Sintonizable de 10 micras a 1 mm de tamaño, divisible en fracciones precisas

Forma de las partículas

• Morfologías predominantemente esféricas, especialmente con atomización de gas inerte.

Porosidad interna

• La solidificación rápida y el procesamiento inerte minimizan los gases atrapados que crean vacíos

Pureza química

• 99%+ alcanzable para materiales atomizados con gas inerte. Atomización con agua ligeramente inferior.

Óxido superficial

• La atomización con agua arrastra entre 5 y 15 veces más contaminación superficial por oxígeno que las protecciones atomizadoras inertes.

Fases microestructurales

• Redondeado por enfriamiento rápido en comparación con sus homólogos de lingote fundido

La capacidad de optimizar el tamaño de las partículas y los parámetros de forma, manteniendo al mismo tiempo una elevada limpieza química y microestructuras favorables, hace que los polvos metálicos atomizados sean idóneos para las materias primas de la fabricación aditiva, en la que estas características influyen decisivamente en el éxito del proceso y en el rendimiento final de las piezas.

Especificaciones de tamaño del polvo metálico por atomización

Los lotes de polvo metálico atomizado se clasifican en función de la distribución del tamaño de las partículas. Los tamaños de tamiz comunes incluyen:

Cuadro 2. Categorías de tamaño de partículas para polvos metálicos atomizados clasificados alineados con las compatibilidades del proceso de fabricación.

La mayoría de los sistemas de atomización patentados se centran en rendimientos de 50%+ de polvo recogido dentro de las especificaciones de grado de fabricación tras la separación por tamizado de las fracciones de tamaño superior e inferior recicladas de nuevo en la corriente de masa fundida del proceso.

Especificaciones industriales de los polvos metálicos atomizados

Varias asociaciones mantienen normas de composición y propiedades químicas y físicas para los polvos metálicos comerciales, entre ellas:

Cuadro 3. Grupos comerciales que ofrecen especificaciones aplicables a productos químicos tamizados y métricas de polvo útiles para garantizar la calidad de los materiales atomizados.

Además, algunos fabricantes ofrecen especificaciones específicas sobre aleaciones únicas o características especiales, como umbrales máximos de oxígeno o nitrógeno, fundamentales para el procesamiento de aleaciones reactivas.

La revisión de los alcances de la certificación garantiza que las normas cubren adecuadamente los márgenes de composición exigidos por el comprador, las características aceptables del polvo, como los caudales de los pasillos y los niveles de pureza química, que se ajustan tanto a las capacidades de atomización como a los requisitos de los procesos de producción posteriores.

Aplicaciones y usos del polvo metálico atomizado

Entre las principales aplicaciones del polvo metálico, que constituye una materia prima fundamental para la fabricación industrial, se incluyen las siguientes:

Fabricación aditiva

• Componentes aeroespaciales: álabes de turbina, perfiles aerodinámicos
• Implantes médicos: prótesis de cadera, rodilla y dentales
• Utillaje - Moldes ligeros de inyección de plástico con refrigeración conforme
• Reactores químicos - Soportes catalizadores estructurados de alta superficie

Rociado térmico

• Recubrimientos anticorrosión para petróleo y gas - herramientas de fondo de pozo
• Superficies de los rodillos de impresión resistentes a la abrasión
• Superficies cromadas de recambio para automóviles
• Moldes de vidrio arquitectónico de alta liberación y baja fricción

Pulvimetalurgia

• Engranajes de transmisión para automóviles y componentes de motor
• Imanes permanentes en motores y sensores
• Plaquitas y herramientas de corte de diamante
• Contactos eléctricos que aprovechan la conductividad específica

Las materias primas básicas sirven para cualquier aplicación que exija una química combinada y una textura de polvo refinada capaz de consolidarse en geometrías de uso final.

Fabricantes y vendedores de polvo metálico atomizado

Entre los principales proveedores mundiales que ofrecen capacidades de atomización para los mercados médico, aeroespacial e industrial se incluyen:

Cuadro 4. Fabricantes destacados que ofrecen producción de polvo metálico atomizado a partir de diversas tecnologías de proceso

Los intermediarios secundarios también distribuyen polvos, pero las mejores prácticas consisten en abastecerse directamente de las fábricas, lo que garantiza la trazabilidad de los lotes y elimina los riesgos de calidad intermedios que contaminan los materiales entre los principales productores y los fabricantes de piezas finales.

Precios para Polvos metálicos atomizados

Los precios varían en función de la composición, la distribución granulométrica, el volumen de producción y la calidad:

Las aleaciones especializadas fabricadas en lotes pequeños exigen precios más altos que compensan los cambios de horno. Los metales básicos como el acero inoxidable reprocesado en grandes volúmenes ofrecen el coste más bajo. Pero los compradores validan un valor relativo justo comparando los aumentos de rendimiento resultantes con el uso en componentes finales.

Ventajas e inconvenientes del polvo metálico atomizado

Ventajas de polvos metálicos atomizados:

• Distribución controlada del tamaño de las partículas a velocidades de producción comerciales
• Morfología esférica del polvo a partir de procesos con gas inerte
• La solidificación rápida y el procesamiento inerte proporcionan limpieza química
• Se adapta a una amplia gama de necesidades de materias primas para aleaciones especiales

Limitaciones a considerar:

• Aumento del coste de la materia prima de 10 a 100 veces con respecto a los productos forjados
• Flexibilidad a la carta limitada con necesidades de plazos de entrega largos
• Hay que prestar atención a no sobreespecificar las calidades del polvo ni los costes del globo.

Ponderar adecuadamente los beneficios frente a las limitaciones ayuda a evitar gastar más de la cuenta sólo para utilizar tecnologías de moda que no aportan ningún valor apreciable al cliente.

Comparación con otros métodos de producción de polvo metálico

Ventajas y desventajas de los métodos habituales de fabricación de polvo metálico:

Cuadro 5. Comparaciones cualitativas entre métodos de producción de polvo metálico a escala comercial

Aunque produce volúmenes significativos con características de polvo optimizadas, la atomización conlleva primas de precios que podrían limitar su adopción en industrias sensibles a los costes, como la automovilística.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es el objetivo principal de la atomización de polvos metálicos?

R: Controlar con precisión los parámetros de tamaño y forma de las partículas, que de otro modo serían aleatorios en otras técnicas, para adaptarlos a los estrictos requisitos de los procesos de fabricación aditiva.

P: ¿Los polvos metálicos reciclados conservan sus propiedades originales?

R: Sí, factores como la captación de oxígeno y las fases microestructurales permanecen prácticamente inalterados, lo que permite su reutilización para complementar los polvos de producción vírgenes.

P: ¿Puede la atomización con gas alcanzar tamaños de polvo inferiores a 10 micras?

R: Es posible obtener distribuciones extremadamente finas por debajo de 5 micras, pero con rendimientos muy bajos que no resultan económicos para la fabricación aditiva comercial, ya que la superficie impulsa la reactividad.

P: ¿Qué industrias utilizan piezas metálicas atomizadas?

R: Los sectores aeroespacial, médico, de automoción y de petróleo/gas aprovechan todas las aleaciones y microestructuras a medida producidas a partir de la singularidad del proceso de atomización.

conocer más procesos de impresión 3D