El polvo atomizado con gas es un tipo de polvo metálico producido mediante atomización con gas, un proceso en el que el metal fundido se rompe en gotitas y se enfría rápidamente con una corriente de gas a alta presión. Este método produce un polvo esférico muy fino, ideal para aplicaciones como el moldeo por inyección de metal, la fabricación aditiva y los procesos de recubrimiento de superficies.
Cómo se fabrica el polvo atomizado con gas
El gas atomización comienza fundiendo el metal deseado en un horno de inducción. Una vez que el metal alcanza la temperatura óptima, se vierte en un chorro fino en la cámara de atomización. Un gas inerte a alta presión (normalmente nitrógeno o argón) es impulsado a través de boquillas especializadas, creando fuertes corrientes de gas que rompen el chorro de metal fundido en gotitas muy finas.
A medida que las gotas caen por la cámara, se solidifican rápidamente en partículas de polvo debido a la elevada relación superficie/volumen. El gas también impide que las partículas se aglomeren. El polvo cae a través de la cámara hasta una criba de recogida donde se tamiza para conseguir la distribución granulométrica deseada.
Pasos clave en la producción de polvo atomizado con gas
| Paso | Descripción |
|---|---|
| Fundición | El metal se funde en un horno de inducción |
| Verter | El metal fundido se vierte en la cámara de atomización |
| Atomización | El gas a alta presión rompe la corriente de metal en finas gotas |
| Solidificación | Las gotas se enfrían rápidamente y se convierten en partículas de polvo sólido |
| Colección | El polvo se acumula en el fondo de la cámara |
| Proyección | El polvo se tamiza para conseguir la distribución granulométrica deseada |
Ventajas del polvo atomizado con gas
Algunas de las principales ventajas del polvo atomizado con gas son:
- Morfología esférica - Las gotitas se solidifican en partículas muy esféricas ideales para la sinterización y la fusión.
- Granulometría fina - Se pueden obtener partículas de 10 a 150 micras. Mucho más fino que con otros métodos.
- Distribución limitada - La distribución granulométrica es muy estrecha, lo que mejora la sinterabilidad.
- Alta pureza - El gas inerte evita la oxidación y minimiza la contaminación.
- Buena fluidez - La forma esférica mejora las características de flujo del polvo.
- Amplia aplicabilidad - La mayoría de los metales y aleaciones pueden pulverizarse con gas.
Estas propiedades hacen que los polvos atomizados con gas sean muy adecuados para el moldeo por inyección de metales, la fabricación aditiva y las aplicaciones avanzadas de sinterización. La alta pureza y la morfología esférica dan como resultado un excelente comportamiento de densificación.
Metales y aleaciones utilizados para la atomización de gases
| Material | Ejemplos |
|---|---|
| Aceros inoxidables | Aceros inoxidables austeníticos, ferríticos, dúplex y martensíticos como 316L, 17-4PH, 420 |
| Aceros para herramientas | H13, M2 |
| Aleaciones de cobalto | CoCrMo |
| Aleaciones de níquel | Inconel, René |
| Aleaciones de titanio | Ti-6Al-4V |
| Metales refractarios | Tungsteno, molibdeno, tántalo |
| Aleaciones de cobre | Latón, bronce, cobre |
| Aleaciones de aluminio | Aluminio 6061 |
| Metales preciosos | Plata, oro, grupo del platino |
- Aceros inoxidables - Los aceros inoxidables austeníticos, ferríticos, dúplex y martensíticos suelen atomizarse con gas. Grados como 316L, 17-4PH y 420 son populares.
- Aceros para herramientas - Los aceros para herramientas como el H13 y el M2 pueden atomizarse. Se utilizan para moldear componentes de utillaje.
- Aleaciones de cobalto - Aleaciones de cobalto biocompatibles para usos dentales y médicos como el CoCrMo.
- Aleaciones de níquel - Las superaleaciones como Inconel y las aleaciones de René se atomizan con gas para los componentes de las turbinas.
- Aleaciones de titanio - Polvo de aleación Ti-6Al-4V para componentes aeroespaciales e implantes.
- Metales refractarios - Tungsteno, molibdeno, tántalo comúnmente atomizados.
- Aleaciones de cobre - Latón, bronce y cobre atomizados para usos electrónicos/eléctricos.
- Aleaciones de aluminio - Aluminio 6061 comúnmente atomizado para automoción y aeroespacial.
- Metales preciosos - Plata, oro, metales del grupo del platino atomizados para usos de joyería.
Casi todas las aleaciones que se funden sin descomponerse pueden atomizarse con gas si se optimizan parámetros como el recalentamiento de la masa fundida y la presión del gas.
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Distribución típica del tamaño de las partículas
Los polvos atomizados con gas se caracterizan por su distribución granulométrica. Esto da una indicación del tamaño medio y la gama de tamaños de polvo producidos. Una distribución granulométrica típica puede tener este aspecto:
| Tamaño de las partículas (micras) | Porcentaje |
|---|---|
| 10-25 | 10% |
| 25-45 | 40% |
| 45-75 | 30% |
| 75-105 | 15% |
| 105-150 | 5% |
- La mayoría de las partículas están en el rango de 25-75 micras
- Tamaño mínimo de las partículas en torno a 10 micras
- Máximo unas 150 micras
- Distribución estrecha con una desviación típica de unas 30 micras.
El rango y la distribución del tamaño de las partículas influyen en las propiedades del polvo y en su idoneidad para la aplicación. Las distribuciones más finas se utilizan para el micromoldeo, mientras que los tamaños más gruesos para la pulverización cinética.
Cómo elegir el polvo atomizado de gas adecuado
He aquí algunas recomendaciones para seleccionar el polvo atomizado con gas adecuado para su aplicación:
- Adapte la composición de la aleación a sus requisitos de uso final, como la resistencia a la corrosión o la resistencia a altas temperaturas.
- Considere el tamaño de las partículas en función del uso previsto. Polvos más finos (~15 μm) para micro MIM, más gruesos (~60 μm) para pulverización en frío.
- La morfología esférica por encima de 90% garantiza la máxima densidad con sinterización o fusión.
- La estrecha distribución del tamaño de las partículas mejora el flujo y aumenta la densidad verde.
- Polvo de mayor pureza y menor contenido de oxígeno para mejorar las propiedades mecánicas.
- Los aceros suelen atomizarse en argón, las aleaciones reactivas como los titanios en atmósfera de nitrógeno.
- Elija proveedores de polvo reputados que puedan proporcionar informes de análisis completos.
- Considerar los parámetros del proceso de atomización utilizados por el proveedor para garantizar las características adecuadas del polvo.
- Solicite muestras para realizar evaluaciones y pruebas antes de comprar grandes cantidades.
Cómo se utiliza el polvo atomizado con gas
| Aplicación | Utiliza |
|---|---|
| Moldeo por inyección de metales | Polvos finos para micro MIM, alta carga de polvo, morfología esférica para mayor resistencia |
| Fabricación aditiva | Morfología esférica para SLS/DMLS, polvos finos para inyección de ligantes |
| Rociado térmico | Materia prima atomizada con gas para la pulverización en frío, distribución fina para la pulverización de precursores en solución |
| Ingeniería de superficies | Polvo esférico para metalización cinética, recubrimiento en polvo |
Moldeo por inyección de metal (MIM)
- Polvos atomizados con gas más finos para micro MIM de piezas pequeñas y complejas.
- Su excelente fluidez permite una alta carga de polvo y densidad verde.
- La morfología esférica proporciona una resistencia y densidad sinterizadas superiores.
Fabricación aditiva
- Morfología esférica ideal para procesos de fusión de lecho de polvo como el sinterizado selectivo por láser (SLS) y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS).
- La atomización con gas inerte mejora la reutilización del polvo debido al bajo contenido de oxígeno.
- Polvo fino utilizado en procesos de inyección de aglutinante e impresión de metales por chorro de tinta.
Rociado térmico
- Materia prima atomizada con gas preferida para procesos de pulverización a alta velocidad como la pulverización en frío.
- Recubrimientos densos por deformación de partículas de polvo esféricas y dúctiles al impactar.
- Distribuciones de polvo más finas para la pulverización de precursores en suspensión y en solución.
Ingeniería de superficies
- Los polvos esféricos permiten un acabado superficial liso en los procesos de metalización cinética.
- Su excelente fluidez se adapta a los procesos de recubrimiento en polvo para la protección contra la corrosión y el desgaste.
- Tamaños finos controlados para aplicaciones de texturizado y clasificación de superficies.
Retos asociados al polvo atomizado con gas
Aunque tiene muchas ventajas, el polvo atomizado con gas también presenta algunos retos:
- Elevada inversión inicial en equipos de atomización de gas.
- Requiere conocimientos técnicos para operar y optimizar el proceso de atomización.
- Puede ser propenso a la oxidación si la manipulación y el almacenamiento no son adecuados.
- La morfología esférica del polvo dificulta la obtención de una alta densidad verde en el prensado.
- Polvos finos propensos a la formación de polvo durante su manipulación y procesamiento.
- Costoso en comparación con los polvos atomizados con agua y prealeados.
- Riesgos de contaminación por una atmósfera de atomización de gas inadecuada.
- Calidad variable entre distintos proveedores y grados de polvo.
Deben tomarse las medidas adecuadas para minimizar estos problemas a fin de obtener todas las ventajas del polvo atomizado con gas.
Avances recientes en la tecnología de polvo atomizado con gas
Algunos de los avances más recientes en la producción de polvo atomizado con gas son:
- Atomización multiboquilla para un mayor rendimiento del polvo y una producción más rápida.
- Atomización estrecha para minimizar la oxidación de la masa fundida.
- Producción de polvo suave a partir de la atomización ultrasónica con gas.
- Nuevos gases de atomización como el helio para una atomización más fina.
- Sistemas de acondicionamiento de gas para reciclar y purificar el gas de atomización.
- Técnicas avanzadas de cribado para obtener distribuciones granulométricas más ajustadas.
- Diseños de atomizadores de gas especializados para aleaciones reactivas como el magnesio y el aluminio.
- Sistemas automatizados de manipulación de polvos para minimizar la contaminación.
- Atomización con microboquillas de alta presión para tamaños de polvo submicrónicos.
- Sistemas integrados de producción, manipulación y control de calidad de polvos.
Preguntas frecuentes
He aquí algunas preguntas frecuentes sobre los polvos atomizados con gas:
P: ¿Cuál es la principal ventaja del polvo atomizado con gas?
R: La morfología muy esférica de las partículas producida por la atomización con gas es la mayor ventaja. Esto da lugar a excelentes propiedades de flujo y compactación.
P: ¿Qué industrias utilizan más el polvo atomizado con gas?
R: Las industrias automovilística y aeroespacial son las principales consumidoras de polvo atomizado con gas para el moldeo por inyección de metales y la fabricación aditiva.
P: ¿Cuál es el gas típico utilizado para la atomización de aceros?
R: La mayoría de los aceros se atomizan con gas nitrógeno o argón debido a sus propiedades inertes.
P: ¿Qué tamaño pueden tener las partículas de polvo atomizado con gas?
R: Utilizando atomizadores de microboquilla especializados, es posible atomizar polvos con partículas de tamaño inferior a 1 micra. El rango normal es de 10-150 micras.
P: ¿Se pueden alear los polvos atomizados con gas?
R: Sí, los polvos prealeados atomizados con gas se producen fundiendo y mezclando primero las aleaciones antes de atomizarlas.
P: ¿Qué causa los satélites en el polvo atomizado con gas?
R: Los satélites se producen por la rotura incompleta del metal fundido en finas gotas. Una mayor presión del gas reduce los satélites.
P: ¿El polvo atomizado con gas tiene buenas propiedades de sinterización?
R: La morfología esférica y la alta pureza del polvo atomizado con gas dan lugar a un excelente comportamiento de sinterización. Se puede alcanzar una densidad superior a 98%.
P: ¿Cómo se atomizan los metales reactivos como el titanio y el magnesio gaseosos?
R: Los metales reactivos se atomizan utilizando un sistema de contención de gas inerte que evita la exposición al oxígeno y al nitrógeno.
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