Moldeo por inyección de metales, o Polvo metálico MIMes un proceso de fabricación que está ganando popularidad por su capacidad para producir piezas metálicas complejas de alta precisión en grandes volúmenes. En esencia, el proceso MIM utiliza una materia prima formada por finas partículas de polvo metálico mezcladas con un material aglutinante. Cuando se inyecta en un molde, esta materia prima permite dar formas complejas que serían difíciles o imposibles con otras técnicas metalúrgicas.

El ingrediente clave que hace viable el MIM es el Polvo metálico MIM utilizado. Este polvo, cuyo tamaño de partícula suele ser inferior a 20 micras, proporciona el contenido metálico de la pieza final. Sin embargo, no todos los polvos metálicos funcionan bien para el MIM. Las características del polvo, como la composición, la distribución del tamaño de las partículas, la morfología, la velocidad de flujo y la pureza, pueden influir en el proceso de moldeo por inyección y en las propiedades de los componentes acabados.

Esta guía analiza en profundidad los polvos metálicos MIM: qué son, cómo funcionan y cómo seleccionar el adecuado. Abarca desde los métodos de producción del polvo, las clasificaciones y las normas del sector hasta la forma en que la composición y los atributos del polvo afectan al comportamiento de la materia prima MIM y a la calidad de las piezas. Siga leyendo para obtener una visión completa de esta materia prima integral del MIM.

Polvo metálico MIM Composición

El proceso MIM admite una amplia gama de metales y aleaciones como material base del polvo. Cada uno ofrece propiedades diferentes, desde aceros de alta resistencia hasta aleaciones con memoria de forma. Las categorías más comunes son:

Tabla: Composiciones comunes de polvo metálico MIM y sus notables cualidades

La composición química específica es un factor clave que determina las propiedades y el rendimiento de la pieza MIM final. Por ello, los fabricantes de polvo controlan estrechamente las composiciones para ajustar las tolerancias.

Los elementos comunes aleados con metales comunes como el hierro, el níquel y el cobalto sirven para diversos fines:

• Cromo, molibdeno, vanadio: aumentan la resistencia, la tenacidad y la resistencia al desgaste.
• Carbono, boro, titanio - mejoran la templabilidad mediante tratamiento térmico
• Níquel, manganeso - modulan las temperaturas de transformación
• Cobre: mejora la conductividad y la resistencia a la corrosión
• Tungsteno, tántalo - aumentan sustancialmente la densidad

La flexibilidad del MIM permite a los diseñadores optimizar propiedades como la rigidez, la dureza o la resistividad eléctrica para su aplicación concreta mediante una cuidadosa selección de materiales.

Polvo metálico MIM Métodos de producción

Existen varios métodos maduros para producir polvos metálicos a la escala y con la precisión necesarias para el MIM. Las dos vías más destacadas son:

Tabla: Comparación de las rutas comerciales habituales de producción de polvo metálico MIM

Los procesos secundarios, como el recocido, la trituración, el cribado y la mezcla, se utilizan para conseguir la distribución del tamaño de partícula, la morfología y otras propiedades deseadas. Los polvos MIM listos para usar son altamente esféricos con una microestructura controlada adaptada a la aleación y la aplicación.

Polvo metálico MIM Tamaño de las partículas

Una cualidad definitoria de la materia prima del MIM es el fino tamaño de las partículas, necesario para lograr una alta densidad de sinterización y la formación de geometrías complejas. En el caso del acero inoxidable 17-4PH, una aleación común de MIM, la distribución granulométrica que se muestra a continuación muestra el rango típico:

Distribución granulométrica típica del acero inoxidable 17-4PH atomizado por gas según la norma MPIF 35

Principales conclusiones:

• Más de 90% de las partículas se sitúan entre 1 y 20 micras
• Tamaño medio de las partículas entre 4-5 micras
• Los polvos fuera de esta distribución pueden causar defectos de moldeo o sinterización

Controlar el tamaño de las partículas es crucial para el flujo del polvo y la densidad de empaquetamiento durante la inyección. Las partículas ultrafinas pueden ser cohesivas y aglomerarse, mientras que las partículas grandes provocan fricción en las paredes y una distribución desigual del aglutinante. Los polvos MIM deben equilibrar estos factores.

Morfología del polvo metálico MIM

Además de controlar el tamaño a escala microscópica, la forma del polvo y la estructura de la superficie también son vitales. La atomización con gas produce polvos muy esféricos y lisos, óptimos para la alimentación de MIM.

Comparativamente, las partículas atomizadas con agua, aunque más irregulares, pueden ofrecer mejor fricción entre partículas y resistencia en verde. A veces se utilizan mezclas de morfologías de polvo.

Micrografías que comparan las morfologías comunes del polvo MIM

Consideraciones en torno a la morfología del polvo:

• Las partículas lisas y esféricas mejoran el flujo a través del equipo de moldeo
• Las partículas más rugosas con satélites pueden entrelazarse mecánicamente para aumentar la resistencia en verde
• Las formas irregulares hacen que las partículas sean más cohesivas y propensas a la aglomeración

El formulador de la materia prima selecciona un equilibrio óptimo entre la fluidez del polvo y la adherencia del aglutinante en función de las necesidades de la pieza final.

Normas MIM para polvo metálico

Las normas adoptadas a escala mundial ayudan a definir los parámetros de calidad y los procedimientos de ensayo de los polvos metálicos. Permiten comparar polvos entre proveedores de forma fiable. Algunas de las más destacadas son:

• Norma MPIF 35 - Cubre la caracterización del tamaño de las partículas, el índice de flujo hall, la densidad de toma y más para polvos MIM.
• ASTM B833 - Guía de aceros pulvimetalúrgicos para herramientas aptos para el procesamiento MIM
• ISO 22068 - Especifica los requisitos de los polvos de acero inoxidable para MIM

Los proveedores de polvo reputados prueban cada lote de polvo y proporcionan documentación que demuestra su conformidad. Estas hojas de datos proporcionan al formulador de materias primas MIM una base de referencia para cualificar los nuevos materiales.

Cómo afectan las propiedades del polvo al procesamiento MIM

La composición y los atributos de un polvo pueden influir significativamente en cada etapa del MIM, desde el comportamiento de moldeo hasta las propiedades finales del material tras la sinterización.

Efectos del moldeo por inyección

Características del polvo que influyen en el rendimiento del moldeo por inyección

Detalles sobre cómo afecta cada factor al llenado del molde y a la calidad de la pieza verde:

• Tamaño de las partículas - Los polvos ultrafinos resisten el flujo y provocan defectos de moldeo. Las partículas demasiado gruesas crean problemas de segregación del aglutinante.
• Morfología - Las partículas lisas y esféricas mejoran el flujo a través de los sistemas de alimentación. Las partículas satélites aumentan la fricción pero potencian la resistencia en verde.
• Densidad del grifo - Una mayor densidad mejora el empaquetamiento de las partículas y reduce el volumen de ligante necesario.
• Caudal Hall - Mide el tiempo que tardan 50 g de polvo en fluir a través de un embudo normalizado. Los flujos inferiores a 30 segundos indican problemas de cohesión.
• Química - La composición de la aleación influye en la temperatura de fusión, la densidad aparente y la tensión superficial con el ligante.

Comportamiento de la sinterización

Durante la sinterización, el aglutinante se elimina primero de la pieza moldeada ("verde") antes de que los procesos térmicos fusionen las partículas metálicas en una estructura densa. Los atributos del polvo, como el tamaño de las partículas, la pureza, los niveles de óxido y la química de la aleación afectan a estos mecanismos.

Tabla: Impacto de las características del polvo en el comportamiento de sinterización y en la calidad final de la pieza

Gracias a su dilatada experiencia, los productores de polvo seleccionan los parámetros optimizados para el procesamiento MIM de cada sistema de aleación, cumpliendo al mismo tiempo los objetivos de costes.

Grados de Polvo metálico MIM

Para las aleaciones MIM más comunes, como el acero inoxidable 316L y el acero inoxidable 17-4PH endurecido por precipitación, se ofrecen varios grados de polvo para diferentes aplicaciones:

Tabla: Comparación de los grados de polvo MIM de acero inoxidable 316L

Los polvos de grado superior suelen permitir alcanzar paredes más finas, detalles más precisos, mejores tolerancias y prestaciones mecánicas. Esto conlleva un mayor coste del polvo, por lo que los grados estándar se utilizan en aplicaciones de gran volumen y propiedades moderadas para controlar el precio de los componentes.

Precios del polvo metálico MIM

Como material especializado que requiere un procesamiento exhaustivo, los polvos MIM exigen una prima sobre los polvos metálicos estándar para aplicaciones como el prensado pulvimetalúrgico y la fabricación aditiva.

Tabla: Ejemplos de gamas de precios de polvos metálicos MIM comunes

Para compensar los mayores gastos en polvo, el MIM se dirige a componentes pequeños y complejos con una producción económica de gran volumen. La miniaturización de las piezas y la consolidación del diseño también mejoran la estructura de costes.

Factores que influyen en el precio del polvo MIM:

• Coste de las aleaciones básicas: metales preciosos, el más alto; aleaciones básicas, el más bajo
• Método de producción: la atomización con agua es más barata que la atomización con gas.
• Pasos adicionales de cribado y control de calidad
• Volumen de compras: los precios al por mayor permiten descuentos por volumen
• Dinámica del mercado: las fluctuaciones de los precios de las materias primas y la energía provocan la variabilidad de los precios.

MIM Manipulación de polvo metálico

Para evitar la contaminación y mantener las características de fluidez, los polvos MIM deben manipularse adecuadamente:

• Almacenar los polvos sellados en un ambiente fresco, seco e inerte para minimizar la oxidación.
• Evite la luz solar directa o la radiación UV para evitar daños microestructurales
• Manipule y transporte los contenedores con cuidado; utilice equipos con toma de tierra para evitar la acumulación de cargas estáticas.
• Verter y trasvasar utilizando cajas de guantes con atmósfera inerte siempre que sea posible.
• Antes de usar, mezclar bien los envases para redistribuir el tamaño de las partículas y evitar la segregación.

Los polvos que superen su vida útil o se contaminen no deben utilizarse como materia prima, ya que degradarán las propiedades de las piezas. Siga siempre las recomendaciones del proveedor para la correcta manipulación del polvo.

Polvo metálico MIM Proveedores

Varias grandes empresas se han convertido en líderes del mercado al especializarse en la producción de polvo metálico atomizado por gas a la escala requerida por los fabricantes de materias primas para MIM. Entre los principales proveedores de polvo MIM figuran:

Tabla: Principales proveedores mundiales de polvos metálicos especiales para MIM

Los proveedores reputados fabrican los polvos bajo un estricto control de calidad y realizan pruebas exhaustivas de los productos para garantizar la coherencia entre lotes. Las asociaciones a largo plazo entre el productor de polvo y el formulador de materia prima MIM son típicas.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el polvo metálico más utilizado como materia prima para el MIM?

El caballo de batalla del MIM es el acero inoxidable, que representa más del 50% del mercado de metales MIM. El acero inoxidable 316L y el acero inoxidable 17-4PH de endurecimiento por precipitación son las composiciones más utilizadas. Su resistencia a la corrosión y sus excelentes propiedades mecánicas hacen del acero inoxidable un material ideal para el MIM en muchas aplicaciones.

¿Por qué el tamaño de las partículas del polvo MIM es tan pequeño comparado con el de los polvos metálicos para prensado?

En el moldeo por inyección de metales, una ventaja clave es la producción de formas muy complejas y delicadas que no resultan prácticas con las técnicas de prensado de polvo. Para rellenar detalles intrincados del molde, se necesitan polvos ultrafinos del orden de 5-15 micras. El polvo fino puede fluir más fácilmente en las características microscópicas del molde. Las partículas más pequeñas también se compactan más durante la inyección, lo que permite una carga eficaz del aglutinante.

¿En qué medida influye el polvo metálico MIM en las propiedades de una pieza acabada?

Las características del polvo influyen significativamente en propiedades como la resistencia, la dureza, la resistencia al impacto y la resistencia a la corrosión del componente final. El control de parámetros como la distribución del tamaño de las partículas, los niveles de impurezas, el contenido de oxígeno y la química de la aleación permite optimizar las propiedades mediante una cuidadosa especificación y cualificación del polvo.

¿Por qué es importante un alto "índice de flujo hall" para los polvos MIM?

El caudal Hall utiliza un equipo estandarizado para medir el caudal másico del polvo a través de un embudo cónico. Se correlaciona con la facilidad de alimentación durante el moldeo por inyección. Los polvos propensos a aglutinarse o a que las fuerzas cohesivas restrinjan el flujo tendrán caudales bajos y causarán problemas de moldeo como disparos cortos, llenado incompleto o separación del aglutinante. A veces se utilizan aditivos fluidificantes para aumentar la velocidad de flujo.

¿Cómo debe almacenarse correctamente el polvo metálico MIM?

Los polvos MIM requieren una manipulación especializada para evitar su deterioro antes de utilizarlos como materia prima. Los envases sellados deben mantenerse en una atmósfera fresca, seca e inerte para minimizar la oxidación y la contaminación. Evite la luz solar directa, la humedad excesiva o las altas temperaturas durante el almacenamiento y el transporte. Conecte a tierra todos los equipos de manipulación para evitar la acumulación de cargas estáticas en la superficie del polvo. Siga siempre las recomendaciones del proveedor del polvo para un almacenamiento y manipulación adecuados.

Conclusión

Los polvos metálicos ultrafinos y esféricos fabricados específicamente para el moldeo por inyección de metales son la materia prima fundamental del proceso. Su composición especializada, sus rangos de tamaño, su morfología, su estructura de costes, sus requisitos de manipulación y sus efectos en la reología de la materia prima y en la calidad de la pieza final los diferencian de otros polvos metálicos.

Gracias a la mejora continua del proceso de atomización, las metodologías de cribado y el control de calidad, los fabricantes de polvo ofrecen soluciones a medida para cada aleación que equilibran rendimiento y economía. Al seleccionar un grado de polvo óptimo para la geometría, las tolerancias y los objetivos de propiedades específicos de sus componentes, los fabricantes de MIM pueden aprovechar al máximo la flexibilidad del proceso en áreas como carcasas electrónicas complejas, instrumentos médicos y componentes aeroespaciales de alto rendimiento.

Con el aumento de la adopción, la ampliación de las carteras de aleaciones y la maduración de las cadenas de suministro, los polvos metálicos MIM impulsarán una mayor innovación en el desarrollo de componentes metálicos de precisión mediante este método de fabricación transformador.

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