Atomización de polvo metálico

Atomización de polvo metálico es una tecnología crítica para producir polvos metálicos finos con características especializadas. Esta guía abarca los fundamentos, métodos, aplicaciones y panorama comercial de la atomización de polvos metálicos.

¿Qué es la atomización de polvo metálico?

La atomización de polvo metálico se refiere a los procesos industriales que convierten las aleaciones metálicas fundidas en finas gotitas líquidas, solidificándolas rápidamente en partículas de polvo.

Implica:

• Fusión de metales en estado líquido
• Generación de una corriente de metal fundido
• Romper el metal en gotas discretas
• Solidificación de las gotas en polvo
• Recoger y tamizar el polvo

La atomización se utiliza para producir polvos metálicos con composiciones, tamaños, formas y microestructuras únicos, adecuados para aplicaciones avanzadas.

Principales ventajas de la atomización

• Composiciones de aleación personalizadas
• Partículas de tamaño controlado
• Formas esféricas de polvo
• Pulvimetalurgia sin defectos
• Nuevas microestructuras
• Propiedades personalizadas del polvo

Entre los materiales comunes fabricados mediante atomización se incluyen varios sistemas de aleación:

• Aceros inoxidables
• Aceros para herramientas
• Aleaciones de cobalto
• Aleaciones de níquel
• Aleaciones de titanio
• Aleaciones de tungsteno
• Metales preciosos

Métodos de atomización de polvo metálico

Existen 5 técnicas principales de atomización comercial:

Atomización de gases

• Utiliza chorros de gas inerte a presión
• Gases comunes: Nitrógeno, Argón, Helio
• Produce polvos esféricos y suaves

Atomización del agua

• Utiliza chorros de agua a alta presión
• Tasas de enfriamiento inferiores a las del gas
• Formas irregulares del polvo

Atomización centrífuga

• Metal fundido vertido en un disco giratorio
• Producción económica de polvo
• Velocidades de enfriamiento medias

Atomización ultrasónica

• Utiliza vibraciones ultrasónicas
• Método especializado a escala de laboratorio
• Producción de nanopartículas

Fusión por inducción de electrodos

• Vaporización del electrodo en gas inerte
• Aplicaciones nicho limitadas
• Menor productividad

Comparación de métodos de atomización

Atomización de polvo metálico Proceso

La atomización comercial de polvo metálico implica una serie de pasos estrechamente controlados en atmósfera inerte:

1. Selección de materias primas

• Metales puros o aleaciones maestras

2. Fusión

• Fusión por inducción al vacío hasta 2000°C
• Aportes precisos sobre la química de las aleaciones

3. Atomización

• Vertido de metal fundido en la zona de atomización
• Romper el chorro de metal en gotas
• Enfriamiento y solidificación de gotas

4. Recogida de polvo

• Cámara de decantación para recoger el polvo
• Separadores ciclónicos

5. Tamizado

• Clasificación del polvo en fracciones de tamaño
• Recocido posterior si es necesario

6. 6. Control de calidad

• Muestreo y pruebas según las normas
• Embalaje y envío

El entorno de producción no debe estar contaminado por oxígeno o humedad. Los parámetros operativos, como los perfiles de temperatura, las presiones de gas y la dinámica del flujo, se controlan de cerca.

Aplicaciones de atomización de polvo metálico

Algunas de las principales aplicaciones que aprovechan el polvo metálico atomizado son:

Fabricación aditiva

• Fusión selectiva por láser
• Chorro aglomerante
• Fusión por haz de electrones

Moldeo por inyección de metales

Revestimientos por pulverización térmica

Prensado isostático en caliente

Materiales de soldadura

catalizadores

Pulvimetalurgia

• Utillaje de prensado y sinterizado
• Piezas de alto rendimiento
• Estructuras porosas
• Compuestos magnéticos blandos

El polvo atomizado permite tecnologías emergentes como la fabricación aditiva en todos los sectores:

Materiales de atomización de polvo metálico

Muchos sistemas de aleación y tipos de materiales se procesan mediante atomización:

Aceros inoxidables

• Calidades austeníticas como 304, 316, 317
• Calidades ferríticas y martensíticas
• Composiciones personalizadas disponibles

Aceros para herramientas

• Calidades H13, P20, D2, M2
• Gran resistencia al desgaste
• Elevada dureza tras el tratamiento térmico

Aleaciones de cobalto

• Aleaciones biomédicas de CoCrMo
• Aleaciones StelliteTM resistentes al desgaste

Aleaciones de níquel

• Aleaciones resistentes a la corrosión como Inconel 625
• Superaleaciones resistentes al calor

Aleaciones de titanio

• Titanio Ti6Al4V grado 5
• Titanio comercialmente puro

Metales refractarios

• Niobio, molibdeno, tungsteno
• Puntos de fusión muy altos

Atomización de polvo metálico: Especificaciones

Las especificaciones críticas para los polvos metálicos atomizados incluyen:

Distribución del tamaño de las partículas

• Normalmente de 10 a 150 micras
• El método de aplicación dicta el tamaño ideal
• El tamizado clasifica las fracciones deseadas

Forma de las partículas

• Morfologías esféricas y lisas
• Compactación por impacto, fluidez

Química

• Composiciones mezcladas con precisión
• Aleaciones personalizadas diseñadas para propiedades

Densidad

• Densidad teórica de hasta 98%
• Modelización de la optimización de la densidad

Superficie

• Superficie relativamente alta
• Reactividad, solubilidad

Microestructura

• Granulometría y fases controladas
• Dinámica de solidificación rápida

Análisis de costes de atomización de polvo metálico

El polvo metálico atomizado es más caro que las materias primas convencionales debido a su procesamiento especializado:

• Producción de pequeños lotes
• Control de calidad complejo
• Pasos de la manipulación manual
• Mantenimiento de los equipos
• Consumibles y energía
• Recuperación de gastos de I+D

Factores de coste:

• Costes de la materia prima metálica
• Conformidad de la calidad
• Tamaño del pedido
• Tamaño de las partículas
• Aleaciones exóticas

Economía:

• Materias primas: 30% del coste total
• Procesamiento: 70% del coste total

Precios:

La viabilidad empresarial depende de maximizar la utilización de la capacidad de producción y el rendimiento de extremo a extremo.

Atomización de polvo metálico: Pros y contras

Ventajas de la atomización de polvo metálico

• Excelentes características de flujo
• Distribución granulométrica estrecha
• Composiciones de aleación personalizables
• Posibilidad de forma esférica del polvo
• Microestructuras controladas
• Posibilita las tecnologías emergentes

Retos de la atomización de polvo metálico

• Alto coste de producción
• Tamaño limitado de los lotes
• Precauciones de seguridad estrictas
• Conformidad de calidad compleja
• Experiencia vital como operador cualificado
• Costoso desarrollo por ensayo y error
• Manipulación de polvos finos reactivos

Los avances siguen ampliando los horizontes de los materiales especiales fabricados mediante atomización.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cómo se atomizan los polvos metálicos?

R: Los polvos metálicos se atomizan rompiendo una corriente de metal fundido en finas gotitas mediante chorros de gas, chorros de agua o fuerzas centrífugas, solidificándolas rápidamente en polvo.

P: ¿Qué es la atomización del agua?

R: En la atomización con agua, una fina corriente de aleación metálica fundida es golpeada por chorros de agua a alta presión que la rompen en pequeñas gotitas. Las gotitas se solidifican en partículas de polvo de forma irregular a medida que caen a través del agua.

P: ¿Qué metales pueden atomizarse en polvo?

R: Muchos metales de ingeniería, como los aceros para herramientas, los aceros inoxidables, las aleaciones de níquel, las aleaciones de titanio, las aleaciones de tungsteno y los metales preciosos, pueden atomizarse en polvos esféricos finos o polvos irregulares utilizando las técnicas adecuadas.

P: ¿Qué tamaños de partícula puede alcanzar la atomización de polvo metálico?

R: La atomización convencional de polvo metálico puede producir polvos de unas 10 micras a más de 150 micras. Las boquillas especializadas y las condiciones de procesamiento permiten tamaños de partícula inferiores a 5 micras.

P: ¿Cuánto cuesta la atomización de polvo metálico?

R: Debido a los pequeños volúmenes y al equipo especializado, el polvo metálico atomizado cuesta entre 5 y 10 veces más que el metal en bruto estándar por unidad de peso, con precios que oscilan entre $50 por kg y más de $2000 por kg en función de la composición y la calidad.

P: ¿Se pueden atomizar varios metales simultáneamente en una aleación?

R: Sí, la atomización permite fundir y alear diversos metales en composiciones personalizadas que se solidifican en un polvo de aleación con las proporciones elementales deseadas y propiedades metalúrgicas avanzadas.

P: ¿Qué peligros conlleva la atomización de polvo metálico?

R: Los polvos metálicos finos pueden arder espontáneamente, explotar o ser tóxicos si se inhalan. Se aplican protocolos de seguridad estrictos para la purga de gas inerte, equipos eléctricos a prueba de explosiones, boquillas presurizadas, ventilación de emergencia y EPI para el operario.

P: ¿Qué máquinas se utilizan en la atomización de polvo metálico?

R: Los principales equipos de atomización de polvo metálico incluyen hornos de inducción de vacío, sistemas de vertido en artesa, boquillas de chorro de gas y agua, torres de atomización, separadores ciclónicos, tamizadoras, hornos de secado de polvo y estación de tamizado.

Conclusión

La atomización de polvo metálico es una técnica de fabricación compleja y polifacética, esencial para el desarrollo de nuevos materiales que traspasan las fronteras de la industria. Los persistentes retos metalúrgicos siguen impulsando el perfeccionamiento del proceso a través de exhaustivas investigaciones tribológicas y pruebas en planta. Con una mayor colaboración en toda la cadena de valor del polvo metálico y el aprovechamiento de las últimas tecnologías de automatización, la atomización promete elevar la fabricación, no eliminarla.

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