Polvo metálico atomizado con gas se refiere a un método de procesamiento de materiales para producir polvos metálicos esféricos finos para aplicaciones como el moldeo por inyección de metales (MIM), la fabricación aditiva, el prensado y la sinterización, los recubrimientos por pulverización térmica, la pulvimetalurgia, etc.
En la atomización con gas, las aleaciones metálicas fundidas se desintegran en gotas mediante chorros de gas inerte a alta presión. Las gotitas se solidifican rápidamente y se convierten en polvo, dando lugar a morfologías muy esféricas ideales para los procesos de consolidación de polvo.
En esta guía se describen las composiciones, características, aplicaciones, especificaciones, métodos de producción, proveedores, ventajas e inconvenientes y preguntas frecuentes sobre el polvo metálico atomizado con gas.
Composición de los polvos metálicos atomizados por gas
Diversos metales y aleaciones con químicas adaptadas se atomizan en polvo:
| Material | Composición | Aleaciones comunes |
|---|---|---|
| Acero inoxidable | Fe-Cr + Ni/Mn/Mo | 304, 316, 410, 420 |
| Acero para herramientas | Aleaciones Fe-Cr-C + W/V/Mo | H13, M2, P20 |
| Aleación de aluminio | Al + Cu/Mg/Mn/Si | 2024, 6061, 7075 |
| Aleación de titanio | Aleaciones Ti + Al/V | Ti-6Al-4V |
| Aleación de níquel | Aleaciones Ni + Cr/Fe/Mo | Inconel 625, 718 |
| Aleación de cobre | Cu + Sn/Zn/aleaciones | Latón, bronce |
Estos polvos metálicos ofrecen propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y otras propiedades físicas específicas para las necesidades de fabricación.
Características de atomización con gas de polvo metálico
Además de la química, características como el tamaño, la forma, la densidad y la microestructura de las partículas determinan el rendimiento:
| Atributo | Descripción | Consideraciones |
|---|---|---|
| Distribución granulométrica | Gama/distribución de diámetros | Impacta en la resolución mínima de las características, la eficiencia del empaquetado |
| Morfología de las partículas | Forma del polvo/estructura de la superficie | Partículas redondeadas y suaves que proporcionan un mejor flujo y manejo |
| Densidad aparente | Peso por volumen, incluidos los huecos entre partículas | Influye en la compactabilidad y la agrupación |
| Densidad del grifo | Densidad asentada tras el roscado mecánico | Relacionado con la facilidad de compactación del lecho de polvo |
| Química de superficies | Óxidos superficiales, gases residuales o humedad | Afecta a la estabilidad y consistencia del polvo |
| Microestructura | Granulometría/distribución de fases | Determina propiedades como la dureza y la ductilidad tras la consolidación. |
Estos aspectos interconectados se equilibran en función de las necesidades.
Aplicaciones del polvo metálico atomizado por gas
La constante entrada de material y la capacidad de conformación de la red permiten diversas aplicaciones:
| Industria | Utiliza | Ejemplos de componentes |
|---|---|---|
| Fabricación aditiva | Materias primas para impresión 3D | Alerones aeroespaciales, implantes médicos |
| Moldeo por inyección de metales | Pequeñas piezas metálicas complejas | Boquillas, engranajes, cierres |
| Prensar y sinterizar | Producción de componentes P/M | Piezas estructurales de automóviles, componentes militares/armas de fuego |
| Rociado térmico | Recubrimientos superficiales | Recubrimientos antidesgaste y anticorrosivos |
| Pulvimetalurgia | Cojinetes Oilite, casquillos autolubricantes | Componentes de desgaste con estructuras porosas |
La atomización con gas ofrece un acceso único para adaptar microestructuras y productos químicos a las necesidades de rendimiento final.
Especificaciones
Aunque son específicos de cada aplicación, los rangos nominales comunes incluyen:
| Parámetro | Alcance típico | Método de ensayo |
|---|---|---|
| Distribución granulométrica | 10 - 250 μm | Difracción láser, tamiz |
| Forma de las partículas | >85% esférico | Microscopía |
| Densidad aparente | 2 - 5 g/cm3 | Caudalímetro Hall |
| Densidad del grifo | 3 - 8 g/cm3 | Volúmetro de toma |
| Gases residuales | < 1000 ppm | Análisis de gases inertes |
| Contenido de óxido en la superficie | < 1000 ppm | Análisis de gases inertes |
Las curvas de distribución más cerradas garantizan un rendimiento fiable en los procesos posteriores.
Producción por atomización de gas
- Carga del horno de inducción con materias primas como lingotes de metal, chatarra de desecho
- Material de fusión; química y temperatura de la muestra
- Forzar la entrada de metal fundido en boquillas atomizadoras de gas acopladas.
- Formar chorro(s) metálico(s) líquido(s) liso(s)
- Chorros de gas inerte de alta velocidad (N2, Ar) desintegran el chorro en gotas
- Las gotas de metal se solidifican rápidamente y se convierten en polvo ~100-800 μm
- Clasificar térmicamente las fracciones gruesas mediante separadores ciclónicos
- Recoger los polvos finos en el sistema de recogida y los contenedores
- Clasificar por tamices en fracciones de tamaño según sea necesario
- Embalaje/almacenamiento de material con relleno inerte
Controlar con precisión todos los aspectos de este proceso es clave para la coherencia.
atomización con gas de polvo metálico Proveedores
Muchos de los principales productores mundiales de materiales ofrecen la fabricación por atomización con gas:
| Proveedor | Materiales | Descripción |
|---|---|---|
| Sandvik | Aceros para herramientas, aceros inoxidables, superaleaciones | Amplia gama de aleaciones atomizadas con gas |
| Tecnología Carpenter | Aceros para herramientas, aceros inoxidables, aleaciones especiales | Aleaciones personalizadas disponibles |
| Höganäs | Aceros para herramientas, aceros inoxidables | Líder mundial en atomización |
| Praxair | Aleaciones de titanio, superaleaciones | Proveedor fiable de materiales de precisión |
| Osprey Metales | Acero inoxidable, superaleaciones | Centrarse en aleaciones reactivas y exóticas |
Los precios por volumen dependen de las condiciones del mercado, los plazos de entrega, los costes de materiales exóticos y otros factores comerciales.
Ventajas y desventajas del polvo metálico atomizado con gas
Pros:
- Morfología esférica coherente
- Distribuciones granulométricas estrechas
- Química de entrada conocida y uniforme
- Microestructura controlada y limpia del material
- Características de flujo ideales para la deposición AM
- Permite paredes finas/geometrías intrincadas
Contras:
- Requiere una importante infraestructura de capital inicial
- Disponibilidad limitada de aleaciones frente a la atomización con agua
- Manipulación especial para evitar la contaminación
- Cuesta más que los métodos alternativos en volúmenes de producción
- Menor rendimiento que los procesos alternativos
- Capacidad limitada para partículas ultrafinas
Para aplicaciones críticas, el polvo atomizado con gas proporciona ventajas únicas relacionadas con la consistencia y el rendimiento.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia clave entre la atomización con gas y con agua?
La atomización con gas se basa exclusivamente en chorros de gas inerte para desintegrar el metal fundido en polvo, mientras que la atomización con agua utiliza pulverizadores de agua que interactúan con los chorros de gas, lo que produce velocidades de enfriamiento más rápidas pero un polvo más irregular.
¿Cuál es la distribución granulométrica más estrecha que se puede conseguir?
Las boquillas especializadas, el ajuste y las etapas de clasificación permiten distribuciones de tamaño de partícula de hasta D10: 20 μm, D50: 30 μm, D90: 44 μm para atomización de gas. Se siguen desarrollando rangos aún más ajustados.
¿Qué tamaño pueden alcanzar las boquillas de atomización de gas?
Se han desarrollado boquillas de hasta 0,5 mm de diámetro para producir lotes de menos de 1 kg por hora. Aunque la clasificación de polvo por caída libre sigue siendo difícil por debajo de 20 μm.
¿Qué afecta a la consistencia entre lotes de polvo?
El control de la composición, la limpieza, los perfiles de temperatura, las presiones de gas, las condiciones de atomización y la manipulación/almacenamiento del polvo contribuyen a la reproducibilidad. Un control estricto del proceso es esencial.
¿Cuál es el rendimiento típico del polvo en relación con la masa inicial?
Para las aleaciones y gamas de tamaños comunes, los porcentajes de rendimiento suelen oscilar entre 50 y 85%, en función de las anchuras de distribución deseadas y de las salidas de fracción aceptables. Las distribuciones más finas tienen rendimientos más bajos.
