Comprensión del polvo metálico MIM

MIM Metal Powder (MIM) es un eficaz proceso de fabricación que combina la flexibilidad de diseño del moldeo por inyección de plástico con la resistencia y las propiedades de las piezas metálicas mecanizadas. El material clave para el MIM es el polvo metálico, diseñado específicamente para este proceso. Esta guía ofrece una visión completa del polvo metálico MIM, incluida su composición, producción, propiedades, aplicaciones y mucho más.

Visión general de Polvo metálico MIM

El polvo metálico MIM se refiere a los polvos metálicos finos utilizados como materia prima para el proceso de moldeo por inyección de metales. Se trata de una mezcla de polvo metálico fino y aglutinante que se inyecta en moldes para formar piezas verdes complejas con forma de red.

Las principales características del polvo MIM son:

• Polvo esférico ultrafino de 10-20 micras de tamaño
• Carga de polvo de 55-65% por volumen en aglutinante
• Excelente fluidez para el llenado de moldes
• Distribución homogénea del tamaño de las partículas
• Composiciones de aleación optimizadas para MIM
• Amplia gama de opciones de materiales como aceros, aceros inoxidables, aleaciones de titanio, aleaciones pesadas de tungsteno, etc.
• Producción rentable de componentes metálicos complejos y de tolerancia ajustada

El mercado mundial de polvo MIM superó los $350 millones en 2020. Se prevé que la industria crezca a un ritmo constante de más de 8% CAGR impulsada por la demanda en diversos sectores.

Tipos de polvo metálico MIM

Se utilizan diversas composiciones de polvo metálico como materia prima para el MIM. Los tipos más comunes son:

Seleccionando las aleaciones de polvo metálico adecuadas, se pueden fabricar componentes con propiedades adaptadas a aplicaciones específicas.

Producción de polvo metálico MIM

En el comercio se utilizan varios métodos para producir polvos metálicos finos para la materia prima del MIM:

Atomización de gases - Los chorros de gas inerte a alta velocidad rompen una fina corriente de metal fundido en finas gotas que se solidifican en polvos esféricos ideales para MIM. Común para aceros, superaleaciones y aleaciones no ferrosas.

Atomización del agua - Similar a la atomización con gas, pero con menor velocidad de enfriamiento produce formas de polvo más irregulares adecuadas para algunas aplicaciones. Proceso de menor coste utilizado para aleaciones comunes como el hierro y el cobre.

Atomización por plasma - Arco de plasma de temperatura extremadamente alta utilizado para generar polvos esféricos más finos a partir de aleaciones reactivas como titanio, niobio y tántalo.

Desgaste mecánico - La molienda de bolas se utiliza para reducir el tamaño de las partículas de las mezclas de polvo metálico a la gama MIM. Eficaz proceso en seco.

Proceso carbonílico - Los carbonilos de hierro y níquel se descomponen para producir polvos esféricos de gran pureza con un tamaño de partícula de 1-5 micras.

El método de fabricación del polvo controla las características finales del polvo, como la fluidez, la densidad de toma y las impurezas.

Propiedades de Polvo metálico MIM

Entre las propiedades clave del polvo de materia prima para MIM se incluyen:

Tamaño de las partículas - Entre 1 y 20 micras, normalmente alrededor de 10 micras para un llenado óptimo. Altos rendimientos en este rango.

Forma de las partículas - La morfología predominantemente esférica permite un flujo suave en moldes complejos. Se acepta cierta irregularidad.

Distribución granulométrica - La distribución estrecha mejora la sinterización uniforme. Generalmente 80-90% de partículas dentro del rango de 10 +/- 5 micras.

Densidad del grifo - Indica la densidad final de la pieza. Se necesita una densidad de macho superior a 3 g/cc para obtener propiedades mecánicas elevadas.

Caudal - Medido en segundos/50 g. Crítico para un llenado suave del molde sin huecos. Por debajo de 40 s/50g es deseable.

Densidad aparente - En la materia prima, normalmente 40-50% de densidad final sinterizada que indica la fracción de carga de polvo.

Densidad picnométrica - Densidad real de las partículas sólidas de aleación. La coincidencia con la densidad final de la pieza indica pureza.

Superficie específica - Los valores altos indican una distribución granulométrica más fina, deseable para el MIM. Oscila entre 0,1 y 1 m2/g.

Opciones de aleación para el polvo metálico MIM

Existe una amplia gama de aleaciones disponibles como materia prima de polvo MIM, entre las que se incluyen:

Con una amplia gama de aleaciones disponibles, el MIM ofrece flexibilidad para conseguir las propiedades y el rendimiento requeridos del material.

Aplicaciones del polvo metálico MIM

Las principales áreas de aplicación que utilizan la tecnología MIM y la materia prima en polvo incluyen:

Implantes médicos y dentales

El MIM es ideal para la producción de grandes volúmenes de componentes de implantes pequeños y complejos de acero inoxidable y titanio, como articulaciones, tornillos de fijación e instrumentos. Ofrece biocompatibilidad, resistencia a la corrosión, solidez y precisión de fabricación.

Componentes de automoción

Pequeñas piezas de precisión como rotores de turbocompresores, boquillas de inyectores, tapas de cierre de válvulas fabricadas por MIM proporcionan ventajas de rendimiento en motores y cadenas cinemáticas modernas.

Electrónica de consumo

Los componentes en miniatura, como engranajes de relojes, accesorios decorativos, pasadores de conectores, etc., se fabrican mediante MIM a partir de aceros inoxidables, aleaciones de cobre y aceros para herramientas.

Aeroespacial y defensa

Los componentes MIM de aleaciones de Ti y Ni, ligeros y de alta resistencia, reducen el peso en turbinas y fuselajes. Las aleaciones de tungsteno ofrecen blindaje contra la radiación para usos espaciales y de defensa.

Armas de fuego

Los componentes pequeños y complejos de las armas de fuego, como gatillos, martillos, seguros y eyectores, pueden fabricarse por MIM en grandes volúmenes a partir de aceros inoxidables y aleaciones de acero para herramientas.

Industria relojera

El MIM permite la producción económica de cajas de relojes de acero inoxidable de formas complejas, brazaletes, hebillas y componentes móviles en miniatura como engranajes y muelles.

Gracias a su flexibilidad de diseño, el MIM sigue encontrando aplicaciones en diversos sectores, desde productos de consumo hasta componentes industriales críticos.

Cómo elegir Polvo metálico MIM

Consideraciones clave a la hora de seleccionar la materia prima en polvo para MIM:

• Composición de la aleación - Adapte la aleación del polvo a los requisitos de la aplicación final, como la resistencia a la corrosión, la fuerza, las propiedades de desgaste, etc.
• Tamaño y forma de partícula. - Prefiera la morfología esférica con distribución estrecha alrededor de 10 micras para un flujo y empaquetamiento óptimos.
• Pureza del polvo - Alta pureza superior a 99% necesaria para aplicaciones especializadas como la médica para evitar la contaminación.
• Densidad del grifo - Una densidad superior a 3 g/cc mejora el llenado del molde y la densidad final de la pieza tras la sinterización.
• Carga de polvo - El contenido típico de ligante oscila entre 30-50 vol%. Afecta a la viscosidad y a la resistencia verde moldeada.
• Productor de polvo - Fabricantes de polvo de renombre como Sandvik, BASF y Kymera con procesos validados.
• Coherencia entre lotes - Las propiedades constantes de la materia prima permiten unos parámetros de moldeo estables a lo largo de grandes series de producción.
• Apoyo técnico - Datos de aplicación detallados y asistencia del proveedor de polvo durante las pruebas de desarrollo.

Entre los principales proveedores mundiales figuran Sandvik Osprey, BASF Ultraform, Kymera International y Epson Atmix, que colaboran con los usuarios finales durante el desarrollo de piezas y procesos para obtener resultados óptimos.

Comparación entre polvos MIM atomizados y molidos

Los polvos atomizados permiten fabricar componentes MIM más complejos y de mayor rendimiento. Los polvos fresados ofrecen una opción de ahorro de costes para algunas aplicaciones.

Instalación de una planta de producción de polvo MIM

Pasos clave en la instalación de una planta de producción de polvo MIM:

• Selección del emplazamiento - Espacio adecuado, suministro de servicios públicos, tratamiento de residuos, vías de acceso y muelles de carga.
• Construcción y diseño - Diseñar la disposición de la planta para el flujo de materiales y personas, la seguridad, las zonas de producción y las futuras ampliaciones.
• Conexiones de servicios públicos - Suministro eléctrico de alta capacidad, agua purificada, líneas de aire comprimido, nitrógeno líquido.
• Cimentación de maquinaria - Sólidos cimientos de hormigón armado para atomizadores, molinos, hornos. Amortiguación de vibraciones.
• Instalación de equipos - Instalar cajas de guantes, atomizadores, tamices, cintas transportadoras, tolvas y controles siguiendo las instrucciones del proveedor.
• Sistemas auxiliares - Tuberías, ventilación, filtración de aire, seguridad contra incendios, manipulación de materiales, tratamiento de aguas residuales.
• Sistemas de control - Instalar sensores, actuadores, HMI. Integrar y programar sistemas de control de procesos.
• Puesta en servicio - Pruebas de producción para verificar la calidad del polvo, la seguridad y el cumplimiento de las normas medioambientales antes de la producción a gran escala.

La instalación de una planta de polvo MIM requiere una planificación exhaustiva y prestar atención a los servicios públicos, los controles, la seguridad y las necesidades normativas.

Funcionamiento y mantenimiento del equipo de polvo MIM

El funcionamiento fiable de los equipos de fabricación de polvo MIM requiere:

• Mantenimiento preventivo - Programar el mantenimiento periódico de atomizadores, hornos, molinos, cintas transportadoras según las recomendaciones del OEM .
• Supervisión de equipos - Control continuo de los parámetros del proceso, como caudal, presión, temperatura y consumo eléctrico.
• Inspecciones - Inspecciones visuales diarias para detectar fugas, ruidos o vibraciones anormales y problemas de seguridad.
• Servicios y reparaciones - Programar contratos de servicio anuales para generadores de nitrógeno, unidades de refrigeración y sistemas eléctricos.
• Piezas de recambio - Mantenga existencias de repuestos comunes como elementos calefactores, motores y rodamientos para minimizar el tiempo de inactividad.
• Registros de equipos - Mantener registros de la tasa de producción, reparaciones y averías para optimizar la utilización de los activos.
• Limpieza - Limpieza diaria para mantener el equipo limpio y ordenado y evitar cualquier riesgo de ignición en las zonas de manipulación de polvo.
• Formación del personal - Impartir formación práctica sobre equipos para mejorar la eficacia operativa y la capacidad de resolución de problemas.

Con excelentes prácticas de mantenimiento, los equipos de fabricación de polvo MIM pueden ofrecer años de producción segura y fiable.

Cómo seleccionar un proveedor de polvo MIM

Factores clave a la hora de seleccionar un proveedor de polvo MIM:

• Conocimientos técnicos en polvo - Experiencia en la optimización de las características del polvo y la formulación de aglutinantes para MIM.
• Gama de aleaciones - Disponibilidad de una amplia variedad de aleaciones, desde aceros inoxidables hasta titanio, aceros para herramientas, etc.
• Sistemas de calidad - Certificación ISO 9001. Control de calidad interno de las características del polvo.
• Consistencia - Las propiedades del polvo se mantienen constantes lote a lote, lo que permite un proceso de moldeo estable.
• Competencia en I+D - Investigación continua para desarrollar nuevas aleaciones y ligantes a medida para aplicaciones exigentes.
• Atención al cliente - Asistencia técnica y comercial eficaz. Asistencia in situ durante las pruebas y la puesta en marcha.
• Capacidad logística - Sistemas para garantizar entregas de polvo eficientes y puntuales en todas las regiones.

Entre los principales proveedores mundiales figuran Sandvik Osprey, BASF, Kymera International y Epson Atmix, muy centrados en la tecnología de polvos MIM.

Ventajas e inconvenientes del polvo MIM

Pros

• Piezas complejas de forma neta en grandes volúmenes a bajo coste
• Amplia gama de aleaciones disponibles, incluidos metales difíciles de mecanizar
• Buenas propiedades mecánicas próximas a las de los materiales forjados
• Alta precisión y repetibilidad
• Pérdidas mínimas de chatarra en comparación con el mecanizado
• Acabado limitado de las piezas sinterizadas
• Proceso menos contaminante y con menos residuos que el mecanizado

Contras

• Mayor coste de las piezas por menor volumen de producción
• Tamaño limitado a componentes pequeños, normalmente inferiores a 500 g
• Limitado a aleaciones disponibles como mezclas de polvo MIM
• Las piezas sinterizadas tienen menor ductilidad que los metales forjados
• Necesidad de equipos y conocimientos especializados
• Pasos adicionales de desaglomerado y sinterización

Polvo MIM frente a polvos metálicos para otras aplicaciones

PREGUNTAS FRECUENTES

P: ¿Cuál es la distribución típica por tamaños del polvo de MIM?

R: Alrededor del 80-90% de las partículas de polvo MIM no superan las 10 +/- 5 micras para una densidad de empaquetado y un flujo óptimos.

P: ¿Qué factores afectan a la carga de polvo en el aglutinante?

R: Los factores clave que controlan la carga de polvo % son la distribución del tamaño de las partículas, la forma, la densidad de toma y la interacción polvo-aglutinante.

P: ¿Cómo es la resistencia a altas temperaturas de las piezas MIM en comparación con las aleaciones forjadas?

R: Con una sinterización óptima, las piezas MIM de aleaciones como el acero inoxidable 316L y el 17-4PH alcanzan más de 90% de resistencia a la forja.

P: ¿Qué causa los defectos de llenado incompleto del molde en el MIM?

R: Una carga de polvo inadecuada, una amplia distribución de partículas, una mala fluidez del polvo y una baja velocidad de inyección pueden provocar defectos de llenado.

P: ¿Cómo se compara el MIM con el moldeo por inyección de plástico en cuanto a presiones de moldeo?

R: Las presiones de inyección de MIM oscilan entre 70 y 140 MPa, superiores a las presiones típicas de moldeo de plásticos, de 15 a 60 MPa.

P: ¿Qué precauciones de seguridad hay que tomar al manipular polvos MIM?

R: Los polvos MIM pueden ser inflamables. Utilice cajas de guantes de gas inerte, evite las fuentes de chispas, conecte el equipo a tierra y utilice extracción de polvo.

Conclusión

El MIM sigue ganando importancia como tecnología de forma casi neta para fabricar componentes metálicos complejos de alto rendimiento a bajo coste y grandes volúmenes. Los polvos MIM son materias primas esenciales formuladas específicamente para este proceso mediante técnicas pulvimetalúrgicas avanzadas. Gracias a la ampliación de las aleaciones y a la mejora de los polvos, la adopción del MIM seguirá aumentando en todos los sectores para sustituir a los componentes mecanizados y fundidos con un coste y un plazo de entrega mejores.

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