Metales atomizados: tipos, características, especificaciones

Visión general

Metales atomizados se refiere a los polvos metálicos producidos mediante atomización, un proceso en el que el metal fundido se rompe en finas gotitas y se enfría rápidamente para formar un polvo. El proceso de atomización permite controlar con precisión el tamaño de las partículas, la morfología y la microestructura del polvo.

Los polvos metálicos atomizados se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como la fabricación, la impresión 3D y el recubrimiento de superficies. Ofrecen ventajas como una gran pureza, consistencia y capacidad para desarrollar aleaciones especiales. Los metales atomizados más comunes son el aluminio, el cobre, el hierro, el níquel y el titanio.

Esta guía ofrece una descripción detallada de los polvos metálicos atomizados que abarca tipos, características, aplicaciones, especificaciones, proveedores, instalación, funcionamiento, mantenimiento y mucho más. Su objetivo es ayudar a los lectores a comprender la tecnología y tomar decisiones informadas a la hora de seleccionar polvos metálicos atomizados.

Tipos de metales atomizados

Existen dos tipos principales de polvos metálicos atomizados:

Metales atomizados por aire

En la atomización por aire, la corriente de metal fundido se rompe en gotitas mediante aire a alta presión o un gas inerte. Los polvos atomizados por aire tienen una morfología esférica con una superficie lisa. Son adecuados para aplicaciones que requieren una buena fluidez.

Metales atomizados en agua

En la atomización con agua, el metal fundido se desintegra mediante chorros de agua a alta presión. Los polvos atomizados con agua tienen una forma irregular con una textura superficial rugosa. Proporcionan una mayor compresibilidad, preferible para aplicaciones de prensado.

La siguiente tabla resume las principales diferencias entre los polvos metálicos atomizados con aire y con agua:

Características de los polvos metálicos atomizados

Las principales características que definen la calidad y el rendimiento de los polvos metálicos atomizados son las siguientes:

Tamaño de las partículas - La distribución del tamaño de las partículas determina la densidad de empaquetado, la fluidez y la superficie. Un control más estricto del tamaño mejora la consistencia del producto.

Morfología - La forma de las partículas influye en la densidad, la compactación y la sinterización. Las partículas esféricas ofrecen una mejor fluidez, mientras que las irregulares proporcionan una mayor resistencia en verde.

Pureza - La alta pureza es esencial para las aplicaciones críticas. Las impurezas pueden minimizarse utilizando materias primas poco contaminadas.

Contenido de oxígeno - Un menor contenido de oxígeno reduce la reactividad del polvo y mejora las propiedades finales del material. Los polvos atomizados con agua tienden a tener una mayor captación de oxígeno.

Densidad aparente - Una mayor densidad se traduce en una mayor eficacia de flujo y manipulación. Los valores típicos oscilan entre 25% y 60% de densidad teórica.

Fluidez - Una buena fluidez del polvo garantiza la fiabilidad de los procesos automatizados de conformado, llenado y envasado. Depende de parámetros como el tamaño de las partículas, la forma y la rugosidad de la superficie.

Compresibilidad - La compresibilidad determina la resistencia en verde de la pieza prensada antes de la sinterización. La forma irregular de las partículas mejora el entrelazado y la resistencia en verde.

Controlar cuidadosamente estas características del polvo a través del proceso de atomización es crucial para lograr un alto rendimiento repetible.

Aplicaciones de los polvos metálicos atomizados

Los polvos metálicos atomizados se utilizan en una amplia gama de industrias y aplicaciones aprovechando sus ventajas únicas. Algunas de las principales áreas de aplicación son:

Fabricación aditiva de metales

También conocida como impresión metálica en 3D, consiste en construir componentes metálicos capa por capa a partir de material en polvo. Se prefieren polvos esféricos finos con una distribución de tamaños controlada para que fluyan sin problemas y se empaqueten durante el extendido. Los materiales más comunes son el titanio, el aluminio, las aleaciones de níquel y los aceros para herramientas.

Pulvimetalurgia

Los polvos atomizados se comprimen a altas presiones en piezas "verdes" y luego se sinterizan para producir componentes acabados. Las partículas de polvo de forma irregular ofrecen una mejor compresibilidad. Las piezas con geometrías complejas pueden fabricarse casi en forma de red, lo que minimiza el desperdicio de material.

Recubrimientos superficiales

Las técnicas de pulverización térmica, como la pulverización de plasma, depositan polvos fundidos o semimolidos sobre superficies formando revestimientos protectores o funcionales. Los polvos esféricos más finos mejoran la densidad del revestimiento y la fuerza de adherencia. Suelen aplicarse revestimientos resistentes al desgaste y la corrosión.

Moldeo por inyección de metal (MIM)

Combina el moldeo por inyección de plástico con la pulvimetalurgia para fabricar piezas metálicas pequeñas, complejas y con forma de red. Se necesitan polvos de flujo suave con un tamaño de partícula y aglutinantes adaptados para un llenado del molde sin defectos.

Soldadura fuerte y blanda

Las preformas de polvo atomizado permiten la unión metalúrgica de componentes intrincados. Los polvos lisos de tamaño controlado garantizan una fabricación óptima de las preformas. Los metales de aportación para soldadura fuerte incluyen aluminio, plata y cobre.

Materiales de fricción

Los polvos metálicos atomizados sirven como modificadores de la fricción en pastillas de freno y otras aplicaciones. Las adiciones de polvo de cobre, hierro y latón mejoran la fricción y la resistencia al desgaste en comparación con las formulaciones orgánicas sin amianto.

Especificaciones de los polvos metálicos atomizados

Los polvos metálicos atomizados deben cumplir especificaciones exactas adaptadas al proceso de fabricación y a los requisitos de uso final. A continuación se describen las especificaciones típicas del polvo:

Distribución del tamaño de las partículas

D10, D50, D90 se refieren al tamaño de las partículas de polvo por debajo del cual se encuentran 10%, 50% y 90% de la muestra, respectivamente. Una distribución más ajustada mejora la densidad y el rendimiento.

Morfología

• Forma - Esférica, irregular
• Textura de la superficie: lisa, rugosa
• Satélites - Menos de 5% en peso

Pureza

• Oxígeno - <1000 ppm
• Nitrógeno - <100 ppm
• Carbono - <1000 ppm
• Otras impurezas - Elemento específico

Densidad aparente

• Densidad de la toma de polvo - Típicamente 40-60% de densidad teórica
• Densidad de vertido - 25-40% de la densidad teórica

Cumplir las especificaciones del polvo es vital para un procesamiento repetible y la calidad del producto final. Los proveedores reputados proporcionan certificados de análisis completos.

Proveedores de polvos metálicos atomizados

Son muchas las empresas especializadas en la producción de polvos metálicos atomizados para diversas aplicaciones. Algunos de los principales proveedores mundiales son:

Atomising Systems Limited

• Sede central - Sheffield, Reino Unido
• Materiales - Al, Cu, Fe, Ni
• Capacidad - 4000 toneladas/año
• Atendiendo a los mercados de AM y rociado térmico

Sandvik Osprey

• Sede central - Neath, Reino Unido
• Materiales - Ti, Al, aceros, superaleaciones
• Capacidad - 14.000 toneladas/año
• Amplia cartera para la industria AM

Höganäs AB

• Sede central - Höganäs, Suecia
• Materiales: aleaciones de Fe, Cu y Al
• Capacidad - 300.000 toneladas/año
• Centrarse en la industria del automóvil

ATI Polvos Metálicos

• Sede central - Pittsburgh, EE.UU.
• Materiales - Aleaciones de Ti, Ni, Al, Fe
• Capacidad - 15.000 toneladas/año
• Proveedor líder en fabricación aditiva

Materiales Mitsubishi

• Sede central - Tokio, Japón
• Materiales - Cu, Ni, carburos cementados
• Capacidad - 8000 toneladas/año
• Fuerte presencia en los mercados asiáticos

Los precios varían mucho en función del material, la pureza, el tamaño de las partículas y el volumen de compra. Los metales comunes cuestan entre $20 y 100 por kg, y las aleaciones especiales, entre $100 y 500 por kg.

Instalación de sistemas de polvo metálico atomizado

La instalación de equipos para la manipulación de polvos metálicos atomizados exige prestar atención a la seguridad, la limpieza y la fiabilidad. He aquí algunas consideraciones clave:

Contención

• Utilizar recipientes herméticos para el almacenamiento y el transporte
• Minimizar la manipulación abierta mediante transportadores y transferencias cerrados
• Integrar cajas de guantes, campanas RTP para operaciones manuales
• Extracción de polvo con filtros de mangas o ciclónicos

Prevención de explosiones

• Asegúrese de que los equipos eléctricos están correctamente conectados a tierra.
• Instalar sistemas de detección y supresión de chispas
• Evitar fuentes potenciales de ignición en zonas peligrosas

Limpieza

• El sistema debe tener superficies interiores lisas para facilitar la limpieza
• Prever la purga con gas inerte en caso necesario
• Establecer procedimientos de limpieza y mantenimiento rutinarios

Manipulación de materiales

• Seleccionar equipos compatibles con las propiedades de flujo del polvo
• Considere alimentadores vibratorios, válvulas rotativas, transporte por vacío
• Garantiza un flujo de polvo óptimo sin agujeros ni puentes.

Una instalación adecuada siguiendo las recomendaciones del proveedor es clave para maximizar la eficacia y la seguridad del equipo.

Funcionamiento de los sistemas de polvo metálico atomizado

El funcionamiento eficaz de los sistemas de manipulación de polvo metálico requiere la formación del personal en procedimientos y prácticas seguras. Los aspectos clave incluyen:

• Utilizar los EPI adecuados: mascarillas, guantes, gafas de seguridad
• Evitar derrames de polvo y minimizar el polvo
• No abrir el equipo bajo carga
• Siga las secuencias de purga antes de las intervenciones de mantenimiento
• Realizar inspecciones periódicas y comprobaciones de fugas
• Mantener el caudal óptimo y las presiones/vacíos preestablecidos
• Controlar los niveles de oxígeno y humedad si es necesario
• Almacene muestras de polvo de forma segura para los controles de calidad
• Mantener registros detallados de los parámetros de procesamiento
• Cumpla el programa de mantenimiento preventivo recomendado

Establecer procedimientos normalizados de trabajo y listas de comprobación ayudará al personal a realizar las tareas críticas de forma coherente y segura. La supervisión digital de los parámetros críticos también puede mejorar la fiabilidad.

Mantenimiento de sistemas de polvo metálico atomizado

Un mantenimiento regular permite que los sistemas de manipulación de polvo funcionen de forma fiable a largo plazo. Los aspectos clave del programa de mantenimiento incluyen:

Inspecciones

• Compruebe periódicamente si hay fugas o grietas en las mangueras y juntas.
• Inspeccionar tornillos, motores, cojinetes, correas en busca de daños.
• Verificar el funcionamiento de los indicadores, sensores y detectores.

Limpieza

• Siga el programa de limpieza a fondo de los componentes internos del equipo
• Elimina la acumulación de polvo para evitar problemas de flujo
• Limpie los filtros para mantener la calidad del aire y evitar chispas

Calibración

• Calibrar caudalímetros, sensores de presión según programa
• Confirme que los ajustes del alimentador de polvo coinciden con la tasa
• Comprobación de las células de carga de las tolvas para garantizar un nivel exacto

Sustitución

• Sustituir los revestimientos de tolva desgastados, tornillos según sea necesario.
• Revisar o sustituir los alimentadores y válvulas envejecidos
• Tenga a mano repuestos de los artículos de desgaste más comunes

Documentación

• Registrar todo el mantenimiento y las reparaciones realizadas
• Seguimiento de las horas/ciclos de funcionamiento de los equipos
• Actualizar los procedimientos según sea necesario

Un mantenimiento eficaz mantiene los sistemas de polvo en funcionamiento de forma segura y productiva.

Elección de un proveedor de polvo metálico atomizado

Seleccionar un proveedor fiable de polvo metálico atomizado es fundamental para las operaciones de fabricación. Estas son las consideraciones clave a la hora de evaluar a los proveedores:

Calidad del polvo

• Control estricto de la distribución del tamaño de las partículas.
• Morfología esférica coherente
• Bajos niveles de oxígeno/nitrógeno
• Estrictas normas de control de calidad

Conocimientos técnicos

• Experiencia adaptada a la aplicación
• Conocimiento del proceso de atomización
• Capacidad para desarrollar aleaciones personalizadas

Capacidad de producción

• Capacidad suficiente para satisfacer la demanda
• Opciones de reserva para la continuidad del suministro
• Escalabilidad para adaptarse al crecimiento

Pruebas y certificación

• Pruebas analíticas exhaustivas
• Certificado de análisis detallado
• Cualificación conforme a las normas del sector

Atención al cliente

• Capacidad de respuesta
• Orientación sobre la mejor adaptación del producto
• Flexibilidad para pedidos personalizados

La evaluación de factores que van más allá del precio permite seleccionar al proveedor mejor posicionado para ofrecer rendimiento y colaboración a largo plazo.

Ventajas e inconvenientes de los polvos metálicos atomizados

Pros

• Alta pureza con bajo contenido en óxidos
• Distribución homogénea del tamaño de las partículas
• Buena fluidez gracias a su forma esférica
• Permite la fabricación de características pequeñas <100 μm
• Capacidad casi neta para minimizar los residuos
• Reduce el consumo de energía y las emisiones en comparación con la producción de metales primarios
• Reciclable para recuperar aleaciones caras

Contras

• Producción costosa debido a su compleja elaboración
• Tamaños y volúmenes limitados
• Requiere sistemas de manipulación para la contención
• Los lechos de polvo tienen menor conductividad térmica
• Los problemas de seguridad, como las explosiones de polvo, requieren medidas paliativas
• A menudo es necesario el postprocesado para conseguir propiedades

Comprender tanto las ventajas como las limitaciones ayuda a identificar las mejores oportunidades para aprovechar los polvos metálicos atomizados.

Perspectivas de futuro de los polvos metálicos atomizados

Se prevé que el mercado de polvos metálicos atomizados experimente un fuerte crecimiento a medida que aplicaciones como la fabricación aditiva sigan ganando adeptos.

Entre las principales tendencias que determinarán el futuro figuran las siguientes:

• Desarrollo de nuevas aleaciones especiales mediante atomización
• Control más estricto del tamaño de las partículas y distribuciones personalizadas
• Polvos multimetálicos con gradientes de composición
• Los sistemas y servicios de reciclado de polvo ganan adeptos
• Mayor automatización y supervisión de los procesos
• Mayor consolidación del sector entre los proveedores
• Precios a la baja a medida que se producen mayores volúmenes
• Expansión a aplicaciones emergentes como la biomedicina

Los avances en la tecnología de atomización permitirán ampliar el uso de polvos metálicos, desbloqueando nuevas geometrías y prestaciones de los materiales.

PREGUNTAS FRECUENTES

P: ¿Cuál es la diferencia entre polvos metálicos atomizados y esféricos?

R: Los polvos esféricos se refieren a la forma de la partícula cercana a una esfera perfecta. Los polvos atomizados pueden tener una morfología esférica o irregular dependiendo del método de producción. Por tanto, no todos los polvos atomizados son esféricos, pero los polvos esféricos se producen mediante atomización.

P: ¿En qué se diferencian los polvos atomizados prealeados y los de aleación maestra?

R: Los polvos prealeados se producen a partir de una masa fundida aleada, por lo que la composición es uniforme en cada partícula. Los polvos de aleación principal contienen altos porcentajes de elementos de aleación que se mezclan con los polvos base para obtener la composición química final.

P: ¿Qué medidas de seguridad son necesarias para manipular polvos metálicos atomizados?

R: Las precauciones clave al manipular polvos atomizados incluyen un EPI adecuado, minimización del polvo, conexión a tierra adecuada, control de la fuente de ignición, purga inerte y sistemas de prevención de explosiones. La formación adecuada del personal es fundamental.

P: ¿Cómo se compara el tamaño de grano de los polvos atomizados con el de las aleaciones convencionales?

R: Debido a la rápida solidificación, los polvos atomizados tienen tamaños de grano mucho más finos que las aleaciones convencionales, normalmente de unas pocas micras o menos. Esto da lugar a propiedades diferentes.

P: ¿Cuál es la vida útil de los polvos metálicos atomizados comunes?

R: Si se almacenan correctamente en recipientes herméticos con humedad controlada, la mayoría de los polvos atomizados duran entre 12 y 24 meses antes de que se produzca una oxidación significativa. Los polvos sensibles a la humedad tienen una vida útil más corta de 6-12 meses.

P: ¿Cuál es el tamaño típico de las partículas de los polvos atomizados?

R: Los polvos atomizados abarcan una amplia gama de tamaños, desde 1 micra hasta 1.000 micras. Pero la fracción principal utilizada para la fabricación suele ser de 10-150 micras para obtener buenas características de flujo y empaquetado.

P: ¿Cómo se reciclan los polvos metálicos atomizados?

R: La chatarra y los polvos atomizados se refunden en atmósfera controlada para evitar la oxidación. La aleación recuperada se reutiliza para producir nueva materia prima en polvo. Algunos procesos permiten la reutilización directa del polvo.

P: ¿Qué ventajas tienen los polvos atomizados con gas inerte frente a los atomizados con aire?

R: La atomización con gas inerte que utiliza argón o nitrógeno permite una menor captación de oxígeno. Esto mejora la reactividad del polvo y aumenta el rendimiento, por lo que es preferible para materiales reactivos como las aleaciones de titanio.

P: ¿Cómo se determina si un polvo está atomizado con aire o con agua?

R: Los polvos atomizados con aire tienen una morfología esférica con una superficie lisa, mientras que las partículas atomizadas con agua tienen una forma más irregular con una textura superficial más rugosa. Además, los polvos atomizados con agua tienden a tener un mayor contenido de oxígeno.

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