Visión general
Metal atomizado se refiere a los polvos metálicos producidos mediante atomización, un proceso en el que el metal fundido se convierte en finas gotitas que se solidifican en partículas de polvo. La atomización permite producir polvos metálicos con partículas de tamaño, forma y composición química precisos.
Los polvos metálicos atomizados encuentran una amplia gama de aplicaciones en fabricación, impresión 3D, moldeo por inyección de metales, soldadura fuerte, soldadura, pulverización térmica y mucho más. Este artículo ofrece una guía detallada sobre equipos de metal atomizado que incluye tipos, características, aplicaciones, especificaciones, proveedores, instalación, funcionamiento, mantenimiento y mucho más.
Tipos de equipos de metal atomizado
| Equipamiento | Descripción |
|---|---|
| Atomizadores de gas | Utilizar gas inerte de alta velocidad (N2, Ar) para romper la corriente de metal fundido en finas gotitas. |
| Atomizadores de agua | Utiliza chorros de agua a alta presión para atomizar el metal fundido y convertirlo en polvo. |
| Atomizadores de electrodos giratorios | Utiliza la fuerza centrífuga del alambre o disco metálico giratorio para desintegrar el metal fundido en gotas. |
| Atomizadores ultrasónicos | Utiliza vibraciones ultrasónicas para crear ondas capilares y desintegrar la corriente de metal fundido |
| Atomizadores centrífugos | El metal fundido vertido sobre un disco giratorio se rompe en gotitas lanzadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga |
Características de los polvos metálicos atomizados
| Característica | Descripción |
|---|---|
| Tamaño de las partículas | De micras a milímetros; controlado por los parámetros del proceso de atomización |
| Forma de las partículas | Forma esférica, irregular o de satélite; depende del método y las condiciones |
| Distribución por tamaños | Puede hacerse muy estrecha utilizando ciertas técnicas de atomización |
| Pureza | Alta pureza posible mediante el uso de materias primas de metal fundido refinado |
| Densidad | Puede acercarse a la densidad teórica del metal |
| Fluidez | Se ve afectado por el tamaño, la forma y la distribución de las partículas; importante para la manipulación |
| Actividad de sinterización | Los polvos finos con gran superficie se sinterizan rápidamente durante la compactación en metal sólido |
Aplicaciones de los polvos metálicos atomizados
| Aplicación | Detalles |
|---|---|
| Fusión de lecho de polvo metálico | Polvos finos atomizados utilizados en la impresión 3D en lecho de polvo con láser o haz de electrones |
| Chorro aglomerante | Polvos de acero inoxidable, acero para herramientas y aluminio para impresión 3D por chorro aglomerante |
| Moldeo por inyección de metales | Polvos de acero inoxidable, titanio y aluminio mezclados con aglutinante y moldeados |
| Recubrimientos por pulverización térmica | Polvos de Fe, Ni, Co, Cu y aleaciones pulverizados sobre superficies para protegerlas contra el desgaste y la corrosión. |
| Pastas de soldadura | Polvos de aleaciones de Ag, Cu y Ni en formulaciones en pasta para unir metales |
| Materiales de fricción | Los polvos de Cu y Fe mejoran la fricción y el desgaste de forros de freno y embragues |
| Soldadura | Polvos atomizados de Ti y Al añadidos durante la soldadura por arco para mejorar las propiedades de la soldadura. |
| Pulvimetalurgia | Prensado y sinterización de polvos atomizados de Fe, acero y Cu en componentes con forma de red. |
| Magnetismo | Fe aislado, polvos de ferrita prensados en imanes e inductores |
| Catalizadores metálicos | Amplia gama de catalizadores en polvo de aleación utilizados en la industria química |
Especificaciones del equipo de metal atomizado
| Parámetro | Alcance típico |
|---|---|
| Capacidad de producción | 10-100 kg/hora |
| Consumo de gas | 10-100 Nm3/h argón o nitrógeno |
| Uso de agua de refrigeración | 100-1000 L/min |
| Consumo de energía | 50-500 kW |
| Superficie | 100-500 pies cuadrados |
| Sistemas de control | PLC, SCADA, supervisión de datos |
| Sistemas de seguridad | Detectores de gas, extinción de incendios, EPI de seguridad |
| Manipulación de metal fundido | Lavaderos, bebederos, sistemas de vertido |
| Colección de polvo | Ciclones, filtros de mangas, transportadores sinfín |
Proveedores y precios
| Proveedor | Equipamiento | Precios |
|---|---|---|
| Gasbarre | Atomizadores de gas | $500.000 - $2 millones |
| Idra | Atomizadores de agua | $1 - 5 millones |
| Kessenich | Electrodo giratorio | $250.000 - $1 millón |
| Sodick | Boquilla ultrasónica | $100,000 – $500,000 |
| AcuPowder | Rueda centrífuga | $50,000 – $250,000 |
Los precios de los equipos de metal atomizado varían mucho en función de la capacidad, las características de automatización, los sistemas auxiliares, la reputación de la marca y otros factores. Presupueste entre 1.250.000 y 1.400.000 euros para una unidad de producción a escala industrial.
Instalación y servicios
- Los equipos de metal atomizado deben instalarse en un espacio de producción bien ventilado y con temperatura y humedad controladas.
- Proporcionar suficientes puentes grúa, polipastos y aparejos para la instalación y el mantenimiento de los equipos.
- Asegúrese de que la alimentación eléctrica, los servicios públicos y las conexiones de aire comprimido son adecuados.
- Disponer de personal cualificado para el montaje, alineación, pruebas y puesta en marcha de los equipos.
- Diseñe cimientos, pernos de anclaje y plataformas de equipos adecuados para una instalación segura.
- Incluye conductos de recogida de polvo, ciclones y filtros de mangas para recoger el polvo metálico atomizado.
- Instale elementos de seguridad como sensores de control de gas o sistemas de extinción de incendios.
- Deje suficiente espacio libre para la manipulación de materiales, los flujos de trabajo y el acceso para mantenimiento.
Funcionamiento y mantenimiento
| Actividad | Detalles | Frecuencia |
|---|---|---|
| Inspección de equipos | Compruebe los niveles de fluidos, fugas, ruidos/vibraciones inusuales y dispositivos de seguridad. | Diario |
| Control de parámetros | Registro de datos de proceso como temperaturas, presiones, caudales y potencia | Continuo |
| Reposición de consumibles | Recarga de agua de refrigeración, cilindros de gas inerte, lubricantes | Según sea necesario |
| Limpieza | Limpieza de derrames, vaciado de colectores de polvo, limpieza general | Diario |
| Sustitución de componentes | Sustituir boquillas, rodamientos, juntas y filtros desgastados | Por programa |
| Calibración | Calibrar sensores, dispositivos de medición y sistemas de control | Trimestral |
| Mantenimiento mayor | Inspeccionar las piezas principales; reparar/sustituir si es necesario. | Anualmente |
El funcionamiento correcto y el mantenimiento preventivo según las directrices del fabricante son fundamentales para maximizar la vida útil y el rendimiento del equipo. Mantenga registros detallados de todos los trabajos de mantenimiento.
Elegir un proveedor de equipos de metal atomizado
| Consideración | Detalles |
|---|---|
| Conocimientos técnicos | Larga experiencia en tecnología de atomización y producción de polvo metálico |
| Personalización | Capacidad para adaptar los equipos a las necesidades específicas de producción |
| Fiabilidad | Historial demostrado de equipos robustos y fiables con bajos índices de averías |
| Automatización | Sistemas de control avanzados, supervisión de datos para optimizar las características del polvo |
| Servicio posventa | Apoyo a la instalación, formación de operadores, contratos de servicio para el mantenimiento |
| Referencias | Comentarios positivos de los clientes sobre la calidad de los equipos y la reputación del proveedor |
| Valor | Equilibrio adecuado entre calidad, rendimiento y precio justo |
| Presencia local | Proximidad física para reuniones cara a cara y respuesta rápida |
Evalúe a fondo a los proveedores en función de los parámetros anteriores antes de invertir en equipos de metal atomizado. Sopese factores como la calidad, la fiabilidad y el servicio por encima del coste más bajo a la hora de elegir.
Ventajas e inconvenientes de los procesos de metal atomizado
Atomización de gases
Pros
- Produce polvos muy esféricos y lisos, ideales para AM, MIM, etc.
- Posibilidad de distribución granulométrica estrecha
- Funciona continuamente con buena productividad
- Menor coste de capital en comparación con la atomización con agua
Contras
- Limitado a tamaños de partícula más pequeños, normalmente inferiores a 100 micras
- Requiere grandes volúmenes de gas inerte caro
- Los niveles de polvo en la zona de trabajo pueden ser elevados
Atomización del agua
Pros
- Puede producir una amplia gama de tamaños de polvo, incluidos grandes diámetros
- Menor consumo de gas que la atomización con gas
- Polvos más densos que los atomizados con gas
Contras
- Menos partículas esféricas, más satélites
- Tratamiento necesario para atomizar el agua
- Posibles inclusiones de óxido por contacto con el agua
Atomización centrífuga
Pros
- Mecanismo sencillo con utilidades mínimas
- Diseño compacto con menores costes de capital
- Funciona de forma semicontinua con buena productividad
Contras
- Control limitado de la distribución del tamaño de las partículas
- Formas de partículas irregulares, no esféricas
- Riesgo de contaminación por desgaste del disco con el paso del tiempo
Limitaciones de los procesos de metal atomizado
- Costes de producción elevados, especialmente para polvos metálicos muy finos
- Limitación de la forma y el tamaño de las partículas en función de la técnica
- Necesidad de equipos especializados con condiciones controladas
- Metales de alimentación de gran pureza necesarios para polvos puros
- El funcionamiento por lotes de algunos métodos reduce la productividad
- El tratamiento posterior, como el tamizado, suele ser necesario para controlar el tamaño de las partículas.
- Se necesita personal altamente cualificado para manejar los equipos
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Qué métodos se utilizan para clasificar los polvos metálicos atomizados en función del tamaño de las partículas?
Entre los métodos habituales para clasificar los polvos metálicos atomizados se incluyen:
- Tamizado - Una pila de tamices con un tamaño de malla decreciente separa el polvo en fracciones de tamaño
- Clasificación por aire - Los separadores centrífugos o ciclónicos clasifican los finos de las partículas más gruesas.
- Elutriación - La fluidización aire/agua a contracorriente permite que los finos rebosen por gravedad
- Sedimentación - Las partículas se sedimentan en el líquido a velocidades que dependen del tamaño y la densidad.
¿Qué precauciones de seguridad son necesarias al manipular polvos metálicos atomizados?
Principales precauciones de seguridad al manipular polvos atomizados:
- Utilizar EPI: guantes, protección ocular, máscaras con filtro para evitar el contacto con la piel/los ojos y la inhalación.
- Purga de gas inerte para evitar la oxidación del polvo y las explosiones de polvo
- Conexión a tierra adecuada del equipo de manipulación de polvo para disipar las cargas estáticas.
- Evite todas las fuentes de ignición en las zonas de procesamiento de polvo
- Instalar un equipo de captación de polvo para capturar el polvo suspendido en el aire
- Realizar un control del aire para comprobar los niveles de polvo combustible
¿Cómo se manipulan y transportan los polvos metálicos atomizados?
Pasos típicos de la manipulación del polvo:
- Recogidos en bidones debajo de separadores ciclónicos o filtros de mangas
- Transportado en contenedores sellados para evitar el contacto con el oxígeno
- Transporte neumático mediante nitrógeno o argón a través de tuberías
- Transferencia por succión al vacío a recipientes de almacenamiento de polvo
- Pala manual para lotes pequeños
- Transportadores mecánicos automatizados para grandes volúmenes
Los polvos se mantienen sellados hasta que están listos para su uso para evitar la contaminación.
¿Qué medidas se toman para evitar la contaminación durante la producción de polvo metálico atomizado?
- Utilizar materias primas de gran pureza
- Mantener la atmósfera inerte con argón/nitrógeno
- Mantenga el oxígeno y la humedad fuera mediante el sellado
- Evitar el contacto entre el polvo y el metal atrapado
- Limpieza frecuente del equipo en contacto con el polvo
- Eliminar los restos de aceite y grasa con disolventes
- Tamizado/clasificación para aislar partículas irregulares
- Análisis para identificar y eliminar las fuentes de impurezas
¿Cuáles son las aplicaciones más comunes de los polvos de acero inoxidable producidos mediante atomización?
Aplicaciones típicas de los polvos atomizados de acero inoxidable:
- Fabricación aditiva - Fusión selectiva por láser, inyección de aglutinante
- Moldeo por inyección de metal de piezas pequeñas y complejas
- Pastas de soldadura fuerte y masillas de soldadura para unir
- Prensado pulvimetalúrgico en filtros porosos
- Fabricación de cojinetes autolubricantes
- Producción de fibras de acero inoxidable para textiles
- Mecanizado electroquímico/electrodos de mecanizado de descarga
- Fabricación de pinturas y revestimientos en polvo de acero inoxidable
¿Cómo elegir los sistemas de suministro de gas inerte para la atomización con gas?
Consideraciones para el suministro de gas inerte:
- Se prefiere el argón al nitrógeno para metales reactivos como el titanio.
- Tanques de almacenamiento de gas de gran capacidad con bombonas de reserva
- Niveles de pureza de 99,99%+ para evitar la contaminación
- Reguladores de presión y caudalímetros para el control de gases
- Uso de sistemas de recuperación de gases para minimizar los residuos
- Conductos de gas calefactados para evitar la congelación de la humedad
- Cambio y control automatizados de los parámetros del gas
- Alarmas y enclavamientos adecuados para la seguridad del gas
Optimización de las características del polvo metálico atomizado
Las propiedades de los polvos metálicos atomizados pueden optimizarse controlando los parámetros del proceso y las condiciones de atomización:
Distribución del tamaño de las partículas
| Método | Efecto |
|---|---|
| Aumentar el caudal de metal fundido | Mayor tamaño medio de las partículas |
| Utilizar velocidades de giro del atomizador más altas | Aumento de la fracción de polvo más fino |
| Menor temperatura de vertido del metal fundido | Distribución granulométrica más ajustada |
| Clasificar el polvo mediante tamizado/separación por aire | Eliminar las fracciones de tamaño excesivo e insuficiente |
Forma de las partículas
| Método | Efecto |
|---|---|
| Utilizar atomización por gas o agua | Partículas más esféricas |
| Menor velocidad de colada del metal | Partículas más esféricas |
| Aumentar la temperatura de recalentamiento de la masa fundida | Reduce los satélites y las formas irregulares |
| Recocido de polvos tras la atomización | Mejora la morfología esférica |
Pureza del polvo
| Método | Efecto |
|---|---|
| Utilizar materias primas metálicas de gran pureza | Reduce las impurezas metálicas |
| Añadir etapa de eliminación de escoria | Elimina las inclusiones no metálicas |
| Aumento de la pureza del gas inerte | Reduce las impurezas gaseosas |
| Utilizar recipientes de recogida niquelados | Baja la captación de hierro |
| Tamizar el polvo para eliminar los satélites | Aumenta la pureza del polvo |
Densidad del polvo
| Método | Efecto |
|---|---|
| Optimizar los parámetros de atomización | Polvo denso uniforme |
| Recocido del polvo tras la atomización | Elimina huecos y poros internos |
| Comprimir el polvo después de la atomización | El trabajo endurece y consolida el polvo |
| Tratamiento termomecánico | Mejora la microestructura del polvo |
Optimizando el proceso de atomización y los pasos de manipulación del polvo, las características de los polvos metálicos atomizados pueden adaptarse a los requisitos de la aplicación.
Nuevas tendencias en la producción de polvo metálico atomizado
Algunas de las principales tendencias emergentes en la tecnología de producción de polvo atomizado son:
- La fabricación aditiva está impulsando la demanda de polvos ultrafinos esféricos de menos de 30 micras. Las nuevas boquillas y métodos de atomización están haciendo posible este tipo de polvos.
- Automatización de la producción de polvo mediante conceptos de Industria 4.0 que permiten la supervisión y el control remotos y la fabricación basada en datos.
- Técnicas de atomización híbridas que combinan aspectos de la atomización con gas, agua y centrífuga para un mejor control de las partículas.
- Calentamiento de metal fundido asistido por microondas para un calentamiento más rápido y uniforme antes de la atomización.
- Simulación y modelización de la dinámica de formación de gotas para comprender mejor la física de la atomización.
- Desarrollo de nuevas aleaciones adaptadas específicamente para aplicaciones de fabricación aditiva.
- Sistemas mejorados de manipulación de polvos con tamizado, clasificación y almacenamiento integrados.
- Procesos continuos de producción de polvo en lugar de métodos por lotes para un mayor rendimiento.
- Sistemas de control avanzados que utilizan algoritmos de IA y aprendizaje automático para la optimización automatizada del proceso de atomización.
- Boquillas de atomización de gas especializadas optimizadas para metales reactivos como el titanio y las aleaciones de aluminio.
- Reciclaje y reutilización de polvos metálicos de desecho procedentes de procesos de AM mediante tratamientos térmicos.
- Técnicas de control durante el proceso, como las imágenes por infrarrojos, para un mejor control de la calidad del polvo.
Conclusión
Los polvos metálicos atomizados permiten aplicaciones críticas en los sectores de automoción, aeroespacial, médico, impresión 3D y otros sectores clave. Con la creciente demanda de polvos de alta calidad, la tecnología de atomización de metales sigue evolucionando a través de nuevas innovaciones en la intensificación de procesos, automatización, desarrollo de aleaciones y técnicas avanzadas de caracterización. Al adoptar los últimos avances, los productores de polvo pueden fabricar polvos de forma ágil, rentable y sostenible.
