Visión general de polvo metálico atomizado con gas
El polvo metálico atomizado con gas se refiere a las partículas metálicas producidas atomizando aleaciones fundidas con chorros de gas inerte a alta velocidad. Esto confiere una morfología esférica ideal para la fabricación aditiva, el moldeo por inyección de metales y otras aplicaciones.
Funciones de atomización de gas:
- Excelente control de la forma y distribución del tamaño de las partículas
- Aplicable a aleaciones reactivas como titanio, aluminio
- Proporciona material de partida de gran pureza para procesos avanzados
- Polvos adaptados para el prensado isostático en caliente y el tratamiento térmico
- Admite características de polvo precisas y repetibles
Siga leyendo para conocer las opciones de composición, las calidades de las partículas, las aplicaciones de uso y las especificaciones de los polvos atomizados con gas.
Aleación Tipos de polvo metálico atomizado con gas
Varias aleaciones se pueden atomizar con gas en polvos esféricos finos:
| Categoría de aleación | Materiales | Composiciones |
|---|---|---|
| Aceros inoxidables | 304, 316, 17-4PH, 303, 410 | Fe/Cr/Ni + oligoelementos |
| Aceros para herramientas | H13, M2, M4 | Fe + V, Mo, W carburos |
| Aleaciones de cobalto | CoCr, CoCrW, CoCrMo | Co/Cr + wolframio/molibdeno |
| Aleaciones de níquel | Inconel 625 y 718 | Ni/Cr/Fe/Mo |
| Aleaciones de titanio | Ti-6Al-4V, Ti-6242 | Ti/Al/V/Sn/Zr/Mo |
Cuadro 1: Resumen de los sistemas de aleación disponibles comercialmente en polvo atomizado con gas
La fabricación aditiva especializada y las aleaciones específicas de la industria para uso aeroespacial/biomédico pueden tener cantidades mínimas de pedido o plazos de entrega.
Características del polvo
Características típicas de las partículas obtenidas mediante atomización con gas inerte:
| Característica | Detalles | Significado |
|---|---|---|
| Forma de las partículas | Muy esférica | Mejora el flujo de polvo y la densidad de empaquetado |
| Tamaños | 10 μm a 150 μm | Distribución controlada y optimizada para el uso final |
| Composición | Aleación mantenida dentro de ± 0,5 wt% | Conserva las propiedades mecánicas |
| Pureza | Hasta 99,9% alcanzable | Reduce los contaminantes y las inclusiones |
| Óxidos superficiales | Capa de pasivación de <50 nm de espesor | Mantiene una excelente reciclabilidad del polvo |
Tabla 2: Descripción general de la calidad de las partículas de polvos metálicos atomizados con gas
Propiedades precisas producidas de forma repetible para satisfacer las necesidades de certificación en los sectores aeroespacial, médico, automovilístico e industrial.
Proceso de fabricación
- Fases típicas de la atomización con gas inerte:
- La fusión por inducción o por arco forma aleaciones fundidas bajo una cubierta protectora de gas
- Gas inerte de alta pureza (Ar o N2) forzado a través de boquillas especializadas
- El chorro fundido se rompe en finas gotitas que se enfrían rápidamente y se convierten en polvo
- Los polvos se depositan en tolvas de recogida situadas debajo
- Clasificación mediante tamices para normalizar la distribución
- Envasado y enviado a los clientes en atmósfera protectora
- Parámetros críticos del proceso:
- Diseño de la boquilla: determina la distribución del tamaño de las partículas
- Presión del gas - afecta a la velocidad de las partículas y a la velocidad de enfriamiento
- Velocidad de colada - influye en la forma de la distribución de tamaños
- El entorno (vacío frente a atmósfera controlada) depende de la reactividad
Aplicaciones de polvo metálico atomizado con gas
| Aplicación | Beneficios | Ejemplos |
|---|---|---|
| Fabricación aditiva | Piezas de alta densidad gracias a la excelente fluidez y empaquetado del polvo | Componentes aeroespaciales, implantes médicos |
| Moldeo por inyección de metales | Buena moldeabilidad para formas pequeñas e intrincadas | Álabes de turbina, componentes de tobera |
| Recubrimientos por pulverización térmica | Revestimientos densos por impacto de partículas deformables | Superficies resistentes al desgaste |
| Pastas de soldadura | Unir geometrías complejas | Intercambiadores de calor, contactos eléctricos |
| Prensado isostático en caliente | Minimizar los problemas de cierre con partículas esféricas | Consolidar los álabes fundidos de las turbinas |
| Precursores del tratamiento térmico | Estructura de grano adaptable | Aleaciones de endurecimiento por precipitación |
Tabla 3: Aplicaciones que aprovechan las cualidades de los polvos metálicos atomizados con gas
La consistencia y pureza que ofrece la atomización con gas se adapta a la mayoría de los procesos avanzados de polvo metálico en los que la repetibilidad es fundamental.
Especificaciones de polvo metálico atomizado con gas
Los polvos atomizados con gas se validan con arreglo a diversas especificaciones estándar:
| Estándar | Descripción |
|---|---|
| ASTM B214 | Validación mediante microscopía óptica de la uniformidad y la ausencia de satélites |
| AMS 7008 | Especificación de materiales aeroespaciales, incluido el método de atomización con gas inerte |
| ASTM F3049 | Guía estándar para caracterizar las propiedades de los polvos metálicos para AM |
| ASTM F3056 | Especificación para polvos de aleación de níquel de fabricación aditiva |
| ISO 21818 | Especificación para aceros inoxidables de grado de producción DMLS/SLM |
Tabla 4: Normas industriales comúnmente aplicadas a los polvos atomizados con gas inerte
Los productores reputados facilitarán la documentación de certificación completa y los resultados de las pruebas de cada lote de polvo para validar la conformidad.
Proveedores y precios
| Proveedor | Materiales | Precios indicativos |
|---|---|---|
| Sandvik Osprey | Aleaciones de Ti, aleaciones de Ni, aceros para herramientas | $100+ por kg |
| Aditivo para carpinteros | Aceros inoxidables, aleaciones de cobalto, Cu | $50 - $150 por kg |
| Praxair | Aleaciones de Ti, aleaciones de Al, polvos de silicio | $100+ por kg |
| Tecnología LPW | Aceros para herramientas, aceros inoxidables, Inconels | $50 - $500 por kg |
| Soluciones SLM | Desarrollo de aleaciones personalizadas | $250+ por kg |
Cuadro 5: Selección de empresas proveedoras de polvos metálicos atomizados con gas con precios aproximados
La mayoría de los proveedores ofrecen aleaciones estándar con plazos de entrega de 2 a 4 semanas en pequeñas cantidades. Las formulaciones personalizadas y la optimización de partículas únicas también son posibles trabajando directamente con los proveedores de atomización de gas.
Ventajas e inconvenientes frente a alternativas
| Parámetro | Atomización de gases | Atomización del agua | Atomización por plasma |
|---|---|---|---|
| Morfología de las partículas | Muy esférica | Esferoides más irregulares | Mayormente esférico |
| Distribución granulométrica | Distribución ajustada, adaptable | Distribución más amplia | Distribución ajustada |
| Aleaciones compatibles | La mayoría de las aleaciones comerciales | Aleaciones limitadas | Amplia gama que incluye metales reactivos |
| Coste por kg | Moderado $50-150 por kg | Inferior $20-100 por kg | Superior $150-500 por kg |
| Índices de productividad | Capacidad de hasta 10.000 kg al día | Muy alto >50.000 kg al día | <1.000 kg al día |
Tabla 6: Comparación de la atomización con gas con otros métodos alternativos de producción de polvo
La atomización con gas logra un equilibrio óptimo entre capacidad y economía, al tiempo que proporciona volúmenes de polvo adecuados para la producción comercial.
Limitaciones
- El tamaño mínimo de los lotes exige el uso de más de 100 kg de material para justificar la configuración de la máquina.
- Capacidad limitada para atomizar económicamente aleaciones de alto punto de fusión como el wolframio.
- Los polvos no son tan esféricos como la atomización por plasma y contienen algunos satélites
- Espesor del óxido ligeramente superior a las alternativas de plasma al vacío
- Costes de capital inicial elevados, en torno a $1-5 millones para un sistema llave en mano.
- Requiere una mejor manipulación/almacenamiento del polvo en comparación con los materiales vírgenes
PREGUNTAS FRECUENTES
P: ¿Cuál es la ventaja del polvo atomizado con gas sobre los materiales vírgenes para la producción de piezas?
R: Los polvos atomizados con gas ofrecen una consistencia y repetibilidad superiores. La ingeniería de la morfología del polvo y la estructura del grano desde el principio permite procesos maduros que producen componentes certificados que cumplen los requisitos más exigentes de la industria en los sectores aeroespacial y médico.
P: ¿Qué precauciones hay que tomar al manipular polvos atomizados con gas?
R: Como materiales metálicos finos propensos a la oxidación, se recomiendan protocolos de almacenamiento y manipulación inertes. Estos incluyen cajas de guantes llenas de argón con humedad controlada y trabajadores que lleven equipo de protección personal para minimizar los riesgos de explosión, inhalación o contaminación. Nunca permita el contacto con agua o compuestos orgánicos. No se requiere necesariamente la construcción de instalaciones especiales, aunque pueden aplicarse las normativas locales.
P: ¿Qué nivel de repetibilidad cabe esperar lote a lote con polvos atomizados con gas?
R: Los fabricantes de renombre garantizan distribuciones de polvo de ±10% entre lotes. Las variaciones menores justifican la reoptimización como práctica habitual, incluso si el mismo proveedor de polvo tiene tolerancias de componentes aceptables muy estrictas. Los certificados de análisis documentan la coherencia.
P: ¿Cuánto tiempo pueden permanecer viables en almacén los polvos atomizados con gas no utilizados?
R: La mejor práctica es almacenar el polvo en argón protector en contenedores sellados evitando temperaturas extremas. Si se mantiene por debajo de 30 °C y 50% de humedad relativa con un mínimo de oxígeno y humedad, el polvo dura muchos meses antes de necesitar ciclos de actualización en la caja de guantes para mantener las propiedades de flujo y reutilización.
P: ¿Qué asistencia técnica ofrecen los proveedores de polvo para la cualificación y certificación de piezas?
R: Los proveedores de renombre cuentan con científicos especializados en materiales y personal de validación para ofrecer orientación sobre aplicaciones e interactuar con los compradores de piezas a través del proceso de pruebas para certificar los polvos. Quieren una repetibilidad demostrada que cumpla las normas reguladas para ampliar el uso de materiales en aplicaciones más exigentes. Espere documentación y protocolos detallados de cualquier proveedor establecido.
