¿Cómo se fabrica el metal en polvo?

Este artículo profundizará en la pulvimetalurgia.
Aprenderás sobre los siguientes 5 temas
1. ¿Qué es la pulvimetalurgia?
2. Proceso de pulvimetalurgia
3. Piezas y productos aeroespaciales fabricados mediante pulvimetalurgia
4. Materiales metálicos utilizados en pulvimetalurgia
5. Más...

¿Qué es la pulvimetalurgia?

La pulvimetalurgia es una industria que fabrica polvos metálicos. Utiliza polvos metálicos (incluida una pequeña cantidad de polvos no metálicos mezclados) como materia prima para fabricar materiales y productos mediante un proceso de moldeo-sinterización. Con el desarrollo de la tecnología de fabricación moderna de pulvimetalurgia, los productos de pulvimetalurgia han reemplazado a las piezas de fundición, forjado, corte y mecánicas convencionales de estructuras complejas y corte difícil, y sus áreas de aplicación complementarias se están expandiendo constantemente.

Desde la fabricación de maquinaria general hasta los instrumentos de precisión, desde las herramientas de hardware hasta la maquinaria de gran tamaño, desde la industria electrónica hasta la fabricación de motores, desde la industria civil hasta la industria militar, desde la tecnología general hasta la alta tecnología de vanguardia, la tecnología de la pulvimetalurgia se puede ver. En el campo de la industria civil, los productos de la pulvimetalurgia se han convertido en piezas básicas de apoyo indispensables para industrias como automóviles, motocicletas, electrodomésticos, herramientas eléctricas, maquinaria agrícola y electrodomésticos de oficina.

El enorme potencial de mercado también impulsa el avance de la tecnología. Con la expansión continua del ámbito de aplicación de los productos de pulvimetalurgia, los requisitos de tamaño, forma y rendimiento de las partículas de polvo metálico son cada vez mayores, y el rendimiento, el tamaño y la forma de los polvos metálicos dependen en gran medida del método de producción y el proceso de preparación de los polvos. Por lo tanto, la tecnología de preparación de polvos también está en constante desarrollo e innovación.

Pasos del proceso tradicional de pulvimetalurgia

Preparación del polvo → Mezcla → Prensado → Sinterización → Posprocesamiento → Inspección y envasado

1. Preparación del polvo

Propósito: Producir polvos de metal o aleación que cumplan requisitos específicos de tamaño de partícula, forma y pureza.
Métodos:
- Métodos físicos: Atomización (atomización de gas, atomización de agua), molienda mecánica.
- Métodos químicos: Reducción, electrólisis.
- Aleación mecánica: mezcla de polvos metálicos o no metálicos mediante molienda de bolas.
Puntos de control clave: pureza del polvo, distribución del tamaño de partículas y niveles de oxidación.

2. Mezcla

Propósito: Mezclar homogéneamente polvos metálicos con lubricantes, aglutinantes o componentes de aleación.
Métodos:
- Mezcla en seco: Para composiciones simples.
- Mezcla húmeda: agrega agentes líquidos para mejorar la uniformidad.
Puntos clave de control: garantizar la uniformidad y evitar la segregación de componentes.

3. Prensado y modelado

Propósito: Compactar el polvo en la forma deseada, formando una parte verde.
Métodos:
- Prensado Uniaxial: Común para formas simples.
- Prensado isostático: se utiliza para formas complejas o requisitos de alta densidad.
Puntos de control clave: Controle la presión de prensado y la densidad verde para evitar defectos como grietas o delaminación.

4. Sinterización

Propósito: Calentar la parte verde para crear una unión metalúrgica entre las partículas de polvo, mejorando la resistencia y la densidad.
Procesos:
- Sinterización en estado sólido: calentadas por debajo del punto de fusión, las partículas se unen mediante difusión.
- Sinterización en fase líquida: algunos componentes se funden para formar una fase líquida, lo que facilita la unión de las partículas.
Puntos de control clave: Temperatura de sinterización, duración y atmósfera (por ejemplo, vacío, gas inerte).

5. Posprocesamiento (opcional)

Dependiendo de los requisitos del producto, los pasos adicionales pueden incluir:

Mecanizado: Torneado, fresado o rectificado para obtener dimensiones precisas y calidad de superficie.
Tratamiento térmico: Mejora las propiedades mecánicas.
Tratamiento de superficie: Galvanoplastia, oxidación o recubrimiento para resistencia a la corrosión o estética.
Impregnación: Relleno de poros con aceite o polímeros para mejorar la hermeticidad o la lubricación.

6. Inspección y embalaje

Propósito: Asegurarse de que los productos terminados cumplan con los estándares de calidad y las especificaciones del cliente.
Elementos de inspección:
- Precisión dimensional.
- Densidad y porosidad.
- Propiedades mecánicas, como dureza y resistencia.
- Inspección de calidad de superficie.
Embalaje: Evitar la oxidación o daños durante el transporte y almacenamiento.

Materiales metálicos utilizados en la pulvimetalurgia aeroespacial

1. Titanio y aleaciones de titanio

Características:
- Alta resistencia específica (excelente relación resistencia-peso).
- Resistencia excepcional a la corrosión y rendimiento frente a la fatiga.
- Buena resistencia a altas temperaturas.
Aleaciones comunes: Ti-6Al-4V, Ti-48Al-2Cr-2Nb (γ-TiAl).
Aplicaciones:
- Álabes de motor de turbina, conectores y componentes estructurales del fuselaje.

2. Superaleaciones

Características:
- Excelente resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fluencia.
- Excelente resistencia a la oxidación y la corrosión.
Tipos comunes:
- Aleaciones a base de níquel (por ejemplo, Inconel 718, Rene 95).
- Aleaciones a base de cobalto (por ejemplo, Haynes 188).
- Aleaciones a base de hierro.
Aplicaciones:
- Álamos de turbinas, piezas de cámaras de combustión, toberas de motores de cohetes.

3. Aluminio y aleaciones de aluminio

Características:
- Baja densidad y ligero.
- Buena maquinabilidad y resistencia a la corrosión.
Aleaciones comunes: aleación de aluminio 7075, aleación Al-Si.
Aplicaciones:
- Componentes estructurales aeroespaciales, marcos de soporte.

4. Molibdeno y aleaciones de molibdeno

Características:
- Alto punto de fusión y excelente rendimiento a alta temperatura.
- Buena conductividad térmica y resistencia al choque térmico.
Aplicaciones:
- Materiales de barrera térmica para naves espaciales, toberas de cohetes, componentes electrónicos.

5. Tungsteno y aleaciones de tungsteno

Características:
- Punto de fusión y densidad extremadamente altos.
- Excelente resistencia a altas temperaturas y propiedades de protección contra la radiación.
Aplicaciones:
- Toberas de cohetes, componentes de protección contra la radiación, contrapesos.

6. Materiales de pulvimetalurgia a base de hierro

Características:
- Buenas propiedades mecánicas y rentabilidad.
- La resistencia y la resistencia al desgaste se pueden mejorar mediante la aleación.
Aplicaciones:
- Engranajes, cojinetes y componentes de soporte.

Materiales metálicos utilizados en la pulvimetalurgia

Aunque prácticamente no existen restricciones sobre los metales utilizados en la pulvimetalurgia, se prefieren algunos metales debido a sus propiedades y características específicas. Los fabricantes evalúan diversos factores al seleccionar los metales que mejor se adaptan a sus necesidades.

Los factores clave a la hora de elegir metales para la pulvimetalurgia incluyen la resistencia a la corrosión, la dureza, la resistencia a la tracción, la tenacidad al impacto y la resistencia a la fatiga. Cada metal posee algunas o todas estas propiedades, y la elección depende de los requisitos específicos de los componentes que se están produciendo.

1. Titanio

Características:
- Alta resistencia específica (excelente relación resistencia-peso).
- Resistencia excepcional a la corrosión y rendimiento frente a la fatiga.
- Buena resistencia a altas temperaturas.
Aleaciones comunes: Ti-6Al-4V, Ti-48Al-2Cr-2Nb (γ-TiAl).
Aplicaciones:
- Álabes de motor de turbina, conectores y componentes estructurales del fuselaje.

2. Acero inoxidable

Características:
- Excelente resistencia a la corrosión y al óxido.
- Versatilidad y adaptabilidad excepcionales para diversas aplicaciones.
Serie Común: Aceros inoxidables 300 y 400.
Aleación notable:
- Acero inoxidable 316L: conocido por su excelente resistencia a la corrosión, tenacidad, ductilidad y resistencia a los ácidos.
Aplicaciones:
- Componentes aeroespaciales, piezas de automóviles, instrumentos médicos y aplicaciones marinas.

3. Cobre y aleaciones de cobre

Características:
- Excelente resistencia a la corrosión y al óxido, especialmente en ambientes húmedos.
- Se pueden utilizar como polvos pre-aleados o mezclas elementales.
Aleación común:
- Bronce: Una aleación de cobre y estaño comúnmente utilizada para cojinetes autolubricantes.
Aplicaciones:
- Componentes eléctricos, cojinetes y piezas decorativas.

4. Aluminio y aleaciones de aluminio

Características:
- Baja densidad y ligero.
- Excelente maquinabilidad y resistencia a la corrosión.
Aleaciones comunes: aleación de aluminio 7075, aleación Al-Si.
Aplicaciones:
- Componentes estructurales y marcos de soporte aeroespaciales.

5. Materiales de PM2.5 a base de hierro

Características:
- El hierro es un material cristalino de color gris-negro con una densidad de 7,694 g/cm³ y un punto de fusión de 1837 °C.
- Normalmente se procesa mediante atomización de agua a alta presión y se sinteriza a una temperatura de 1121 °C.
- Debido a su suavidad, el hierro a menudo se alea con carbono para producir acero.
Aplicaciones:
- Componentes automotrices como engranajes, cojinetes y estructuras de soporte.

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