Niobio en polvo:Introducción,Aplicaciones,Beneficios

Índice

El niobio es un metal refractario con propiedades únicas como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y superconductividad. El polvo de niobio permite fabricar componentes avanzados con este metal mediante técnicas como la fabricación aditiva y la pulvimetalurgia.

Esta guía ofrece una visión detallada del polvo de niobio, incluidas sus propiedades, métodos de producción, características de las partículas, aplicaciones, ventajas, limitaciones, precios y comparaciones con metales alternativos.

Introducción a la Niobio en polvo

El polvo de niobio presenta las siguientes características fundamentales:

  • Fabricado a partir del elemento refractario niobio (Nb)
  • Alto punto de fusión de 2477°C
  • Densidad de 8,57 g/cm3
  • Disponible en varias distribuciones granulométricas
  • Se utiliza principalmente en carburos cementados y superaleaciones
  • También se utiliza en electrónica, óptica y superconductores.
  • Apto para fabricación aditiva, proyección térmica y MIM

Las propiedades refractarias del niobio se prestan a la fabricación de componentes especializados de alto rendimiento por vía pulvimetalúrgica.

polvo de niobio

Propiedades y características del niobio en polvo

Propiedades físicas

  • Densidad: 8,57 g/cm3
  • Punto de fusión: 2477°C
  • Resistividad eléctrica: 15 μΩ-cm
  • Conductividad térmica: 53 W/m-K
  • Expansión térmica: 7,3 μm/m-K

Propiedades mecánicas

  • Resistencia a la tracción: 550 MPa
  • Límite elástico: 240 MPa
  • Elongación: 30%
  • Módulo elástico: 105 GPa

Propiedades a alta temperatura

  • Mantiene la resistencia por encima de 1000°C en vacío
  • Transición superconductora a 9,2K
  • Baja presión de vapor incluso cerca del punto de fusión

Propiedades químicas

  • Excelente resistencia a la corrosión
  • Forma una capa de óxido protectora estable
  • Baja solubilidad en aleaciones de Fe, Ni, Cu

Métodos de producción para Niobio en polvo

Entre las principales técnicas utilizadas para producir polvo de niobio se incluyen:

  • Hidratación-Deshidratación - Método más común para fabricar polvos finos de niobio
  • Reducción del calcio - Reducción de Nb2O5 para obtener niobio de gran pureza
  • Fusión por haz de electrones - Fusión y atomización en polvo fino
  • Reducción de carbono - Utiliza carbono para reducir el pentóxido de niobio

Procesado de polvos

  • Desgasificación al vacío para reducir las impurezas
  • Molienda y acondicionamiento para mejorar las características del polvo
  • Aleación con otros elementos como el titanio

Durante la producción de polvo de niobio, es fundamental controlar los niveles de oxígeno y alcanzar un alto grado de pureza.

Tamaño y morfología de las partículas

Distribución por tamaños

  • Gama de 1 a 150 micras
  • Se prefieren tamaños más pequeños para la fabricación aditiva
  • Tamaños más grandes utilizados para revestimientos de pulverización térmica

Morfología de las partículas

  • Morfología irregular con partículas satélites
  • Conformación casi esférica mediante tratamiento con plasma
  • Caudales medidos por caudalímetro Hall

Composición química

  • Contenido de niobio superior a 99,8% de pureza
  • Bajos niveles de oxígeno, nitrógeno y carbono
  • Cumple las especificaciones de la norma ASTM

Aplicaciones del polvo de niobio

Las principales áreas de aplicación del polvo de niobio son:

Fabricación aditiva

  • Componentes aeroespaciales y aeronáuticos
  • Herramientas de alta temperatura
  • Aplicaciones de vacío
  • Geometrías personalizadas o complejas

Carburos cementados

  • Herramientas de corte y piezas de desgaste
  • Mejora la fuerza y la resistencia a la fractura

Superaleaciones de níquel

  • Adición de aleación de refuerzo
  • Aleaciones tipo Inconel 625, 718

Electrónica

  • Condensadores, superconductores
  • Revestimientos ópticos
  • Conformación del haz

Revestimientos

  • Revestimientos resistentes a la corrosión
  • Aplicaciones de proyección térmica

Beneficios y ventajas del niobio en polvo

Algunas de las principales ventajas de utilizar polvo de niobio:

  • Alta resistencia mantenida a temperaturas elevadas
  • Excelente resistencia a la oxidación y la corrosión
  • Bajo coeficiente de dilatación térmica
  • Buena conductividad térmica y eléctrica.
  • Mejora la resistencia de superaleaciones y carburos cementados
  • Precios de los metales relativamente estables
  • Permite la fabricación aditiva de piezas complejas
  • Alta pureza química disponible
  • Se pueden fabricar aleaciones a medida
  • Menor densidad que el wolframio o el tántalo

Las propiedades únicas del niobio se prestan a aplicaciones especializadas en las que se necesita estabilidad a altas temperaturas y/o baja expansión térmica.

Limitaciones y desventajas

Algunas limitaciones del uso de polvo de niobio son:

  • Costes elevados en comparación con el níquel y el hierro en polvo
  • Soldabilidad inferior a la de los aceros inoxidables
  • Susceptible a la fragilización por hidrógeno
  • La naturaleza pirofórica requiere un manejo cuidadoso.
  • Base de proveedores limitada en comparación con las aleaciones comunes
  • Necesidad de equipos de fusión especiales debido a su naturaleza refractaria
  • Desarrollo de parámetros necesarios para nuevas aplicaciones de aditivos
  • Posibilidad de inclusiones de óxido que requieren una desgasificación exhaustiva

Se debe prestar la debida atención al control de los procesos de producción de polvo y a los procedimientos de manipulación del niobio.

Niobio en polvo Precios

Precios del niobio en polvo:

  • <10 micras: $70-$100 por kg
  • 10-45 micras: $50-$70 por kg
  • 45-106 micras: $40-$60 por kg
  • El precio depende del tamaño de las partículas, la pureza y el volumen del pedido
  • Requiere materias primas de gran pureza, lo que aumenta los costes
  • La limitación de proveedores encarece los costes
  • Sigue siendo económico para determinadas aplicaciones de alto valor

Los acuerdos a largo plazo pueden garantizar un precio estable del polvo de niobio por parte de los proveedores.

Comparación con otros polvos metálicos

Polvo de wolframio

  • El niobio tiene una densidad menor que el wolframio
  • Punto de fusión más bajo que el wolframio
  • Capacidades similares de resistencia a altas temperaturas
  • Menos reactivo químicamente que el wolframio

Polvo de tántalo

  • Densidad inferior a la del tántalo
  • Funde a temperatura mucho más baja que el tántalo
  • Menos radiactivo que el tántalo natural
  • Alternativa más barata al tántalo

Polvo de titanio

  • Mayor capacidad térmica que el titanio
  • Mayor densidad y menor ductilidad
  • Costes mucho más elevados que los polvos de titanio
  • El titanio es más resistente a la corrosión en algunas condiciones

Preguntas frecuentes

P: ¿Cómo se produce el polvo de niobio?

R: El principal método de producción es la hidrólisis-deshidrólisis, en la que el pentóxido de niobio se reduce químicamente y se tritura hasta convertirlo en polvo fino. La alta pureza se mantiene mediante procesos controlados.

P: ¿Cuáles son las principales aplicaciones del polvo de niobio?

R: Las principales aplicaciones son los carburos cementados, las superaleaciones de níquel, la electrónica y los revestimientos. Cada vez se utiliza más en la fabricación aditiva de componentes aeroespaciales y herramientas que necesitan estabilidad a altas temperaturas.

P: ¿A qué aleaciones se añade el polvo de niobio?

R: El niobio se alea para mejorar la resistencia a altas temperaturas de las superaleaciones de níquel y cobalto. También mejora los carburos cementados fabricados a partir de carburos de tungsteno, titanio y tántalo.

P: ¿Reacciona el niobio con el oxígeno atmosférico?

R: A temperatura ambiente, el niobio forma una capa protectora de óxido que impide que siga reaccionando. A temperaturas superiores a 400 °C, reacciona fácilmente con el oxígeno atmosférico y arde.

P: ¿Qué tamaños de partículas de polvo de niobio hay disponibles?

R: Los tamaños típicos son de 1 a 10 micras para AM, de 10 a 45 micras para prensado y de 45 a 150 micras para pulverización térmica. Los polvos más finos proporcionan una mejor resolución, pero son más caros.

P: ¿Es pirofórico el polvo de niobio?

R: Sí, el polvo de niobio puede inflamarse espontáneamente en el aire, especialmente en tamaños inferiores a 45 micras. Las precauciones de manipulación adecuadas son esenciales para evitar incendios.

P: ¿Cómo se almacena el polvo de niobio de forma segura?

R: El polvo de niobio debe almacenarse en contenedores sellados bajo gases inertes como el argón para evitar la oxidación y la ignición pirofórica. Es fundamental controlar estrictamente las condiciones de procesamiento y almacenamiento.

P: ¿Es reutilizable el polvo de niobio?

R: El polvo de niobio no utilizado puede reutilizarse después de tamizarlo para eliminar los contaminantes. Sin embargo, se suele recomendar polvo fresco para aplicaciones críticas a fin de evitar defectos de reutilización.

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