Los polvos de aleaciones metálicas son mezclas de partículas finas de elementos metálicos que, cuando se consolidan, crean componentes de alto rendimiento con propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y de corrosión personalizadas que no están disponibles en formas metálicas individuales. Esta guía detalla la composición, los métodos de producción, las características, las aplicaciones, las especificaciones y las comparaciones de los polvos de aleaciones de níquel, aluminio, acero y titanio más utilizados.
Visión general de Polvos de aleaciones metálicas
La aleación combina los atributos beneficiosos de dos o más metales: la fuerza de uno, la resistencia a la corrosión de otro y la estabilidad a altas temperaturas de un tercer metal en una matriz personalizada diseñada para aplicaciones específicas.
Polvos metálicos prealeados producidos con propiedades como:
- Alta resistencia inherente a los precipitados
- Estabilidad térmica que conserva la resistencia a altas temperaturas
- Resistencia a la oxidación y al desgaste para una mayor longevidad
- Inercia biológica para la seguridad de los productos sanitarios
- Tamaño y forma controlados de las partículas para la fabricación avanzada
- Consolidados en componentes de forma neta que minimizan el mecanizado
La técnica pulvimetalúrgica facilita la producción de grandes volúmenes de pequeñas piezas de precisión para diversas industrias.
Tipos de composiciones de aleaciones metálicas en polvo
Entre las variantes de polvo de aleación más utilizadas figuran:
Cuadro 1: Composiciones y características de los polvos de aleaciones metálicas más comunes
| Aleación | Elementos | Propiedades apalancadas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Aleaciones de níquel | Ni, Cr, Fe, Nb, etc. | Resistencia a la corrosión y al calor | Aeroespacial, hardware marino |
| Aleaciones de aluminio | Al, Cu, Mg, Si, etc. | Fuerza ligera | Piezas de automóvil, engranajes |
| Aleaciones de acero para herramientas | Fe, Mo, Cr, V, etc. | Conservación de la dureza a altas temperaturas | Matrices de extrusión, moldes |
| Aleaciones de titanio | Ti, Al, V, Cu, etc. | Resistencia + biocompatibilidad | Implantes quirúrgicos, aeroespacial |
| Aleaciones refractarias | W, Mo, Ta, Nb, etc. | Punto de fusión muy alto | Militar, espacial, nuclear |
Las combinaciones personalizadas de hierro, aluminio y titanio con elementos de aleación como cromo, níquel, cobre, etc. ayudan a ajustar la compatibilidad galvánica, el magnetismo y la conductividad a las necesidades específicas del producto.
Métodos clave de producción de aleaciones en polvo
Tabla 2: Panorama de las principales rutas de producción de aleaciones en polvo a escala comercial
| Método | Proceso | Características |
|---|---|---|
| Atomización de gas | El gas inerte rompe la corriente de metal fundido en finas gotas | Polvos esféricos con distribución suave |
| Atomización del agua | El chorro de agua a alta presión desintegra el metal fundido | Morfología irregular del polvo |
| Atomización por plasma | El arco de plasma funde la materia prima en gotas más finas | Polvos esféricos muy finos |
| Aleación mecánica | Soldadura en frío repetida y fractura de materias primas en polvo | Múltiples aleaciones personalizadas |
| Electrólisis | Depósitos metálicos estratificados controlables a partir de soluciones acuosas | Polvos irregulares porosos |
La atomización con gas permite el mejor control de impurezas, adecuado para aleaciones químicas reactivas como las de titanio y aluminio. La atomización con agua ofrece mayores rendimientos para volúmenes de aleaciones de acero sensibles a los costes. La atomización con plasma alcanza tamaños inferiores a 20 micras.
Características y propiedades
Tabla 3: Propiedades típicas de los polvos de aleaciones metálicas comerciales
| Propiedad | Características |
|---|---|
| Composición | Posibilidad de aleación personalizada con >2 metales |
| Tamaño de las partículas | Tamaños típicos de 15-150 micras |
| Forma de las partículas | Varía - esférica, irregular, dendrítica |
| Densidad del grifo | Las aleaciones tienen una mayor densidad de penetración >3 g/cc, lo que facilita la compactación. |
| Caudales | Afecta a la untabilidad; >25 s/50 g ayuda a la estratificación |
| Densidad aparente | La distribución estrecha mejora la consistencia de la densidad |
| Compresibilidad | Las aleaciones tienen mayor densidad en verde y sinterizadas |
| Permeabilidad | Depende del estado magnético de la aleación acabada |
| Dureza | La aleación mejora la templabilidad frente a los metales puros |
Además de la síntesis química, la morfología del polvo desempeña un papel igualmente importante en la determinación del comportamiento de consolidación y, a su vez, en la adopción satisfactoria por parte de las tecnologías de aplicación de fusión de lecho de polvo, inyección de aglutinante y moldeo por inyección de metales, en las que las características de flujo libre son vitales.
Aplicaciones y usos de Polvos de aleaciones metálicas
Gracias a la mayor libertad de personalización que ofrecen las palanquillas tradicionales, las principales categorías de productos que utilizan aleaciones en polvo son las siguientes:
Cuadro 4: Principales ámbitos de aplicación de los polvos de aleaciones metálicas
| Sector | Aplicaciones |
|---|---|
| Aeroespacial | Palas de turbina, accesorios de fuselaje, engranajes |
| Automoción | Bielas, ejes de transmisión |
| Médico | Coronas dentales, implantes, prótesis |
| Marina | Hélices de bombas, hélices, tuberías de agua salada |
| Petróleo y gas | Acoplamientos de fondo de pozo, válvulas, repuestos de pozo |
| Impresión 3D | Celosías ligeras, formas biónicas de gran resistencia endurecida |
El equilibrio a medida de dureza, resistencia a la corrosión y precisión dimensional posible hace que los polvos de aleación resulten atractivos para fabricar componentes giratorios críticos en productos de equipos de defensa, espaciales, biomédicos y de transporte.
Polvo de aleación metálica Especificaciones
Las composiciones del polvo de aleación se ajustan a especificaciones certificadas que garantizan un rendimiento fiable.
Cuadro 5: Especificaciones del polvo de aleación en los sectores industrial, aeroespacial y de defensa
| Aleación | Especificaciones comunes |
|---|---|
| Aleaciones de níquel | AMS 4777, 4779, etc. |
| Aceros | Mezclas personalizadas de acero para herramientas H y D |
| Aluminio | Series AMS 4010, AMS 4000, etc. |
| Aleaciones de titanio | AMS 7001, 7004, etc. |
| Aleaciones de cobalto | AMS 5887, ASTM B776, etc. |
Estas especificaciones prescriben métodos de ensayo aceptables, procedimientos de muestreo, rangos de criterios de aceptación y protocolos de documentación de lotes de polvo.
Tanto ASTM International como los distintos fabricantes definen la clasificación por tamaños, el análisis químico, las características de las partículas y los límites de las propiedades mecánicas y físicas posteriores a la consolidación para aplicaciones críticas.
Proveedores mundiales e información sobre precios
Tabla 6: Principales productores internacionales de polvo de aleación y gamas de precios:
| Empresa | Grados de aleación | Precio por Kg | |
|---|---|---|---|
| Höganäs | Acero, níquel | $5-15 | |
| Sandvik | Águila pescadora | Titanio, níquel, cobalto | $50-150 |
| Carpintero | Titanio, cobalto, acero | $40-100 | |
| Praxair | Níquel, acero, cobalto | $15-60 | |
| ATI Polvos Metálicos | Titanio, níquel, hierro | $30-90 |
Los precios dependen de las necesidades de certificación del producto, los volúmenes adquiridos, la especialidad de la composición de que se trate y el grado de sofisticación de la atomización en la fabricación y el postprocesado del polvo.
Pros y contras comparativos
Cuadro 7: Ventajas e inconvenientes en comparación con el metal fundido o forjado
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Más versátil | Pasos adicionales necesarios para la consolidación |
| Excelente uniformidad | Menor tenacidad sin HIP |
| Componentes personalizables | Tamaño máximo limitado |
| Reducción de los residuos del conformado neto | Mayor coste actual |
| Flexibilidad de tratamiento térmico | Desafíos del acabado superficial |
En el caso de los diseños multimaterial complejos o integrados fabricados en volúmenes menores, como las articulaciones ortopédicas de rodilla en las que se combinan polímeros y aleaciones metálicas, la preparación para la fabricación aditiva ofrece rutas más rápidas y baratas.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la ventaja de utilizar polvo prealeado frente a mezclar los polvos de los elementos por separado?
El prealeado garantiza la uniformidad de la química deseada a través del xyz, reduce la probabilidad de variabilidad del rendimiento de los componentes de un lote a otro y evita la variación causada por proporciones de mezcla inadecuadas.
P: ¿Qué procesos de consolidación transforman los polvos de aleación en componentes sólidos?
Los principales métodos son la sinterización, el moldeo por inyección de metal, el prensado isostático en caliente y las técnicas de fabricación aditiva como la fusión de lecho de polvo por láser seguida de infiltración. La elección depende de la industria, el tamaño del producto, las necesidades de complejidad y la economía.
