Tecnología de preparación de polvos de aleación de alta temperatura a base de níquel

Las aleaciones de alta temperatura, también conocidas como aleaciones resistentes al calor o superaleaciones, se refieren a aleaciones a base de hierro, níquel y cobalto, que pueden resistir la oxidación, la corrosión y la fluencia a altas temperaturas superiores a los 600 °C, y pueden funcionar durante mucho tiempo bajo una gran tensión mecánica. En particular, las aleaciones de alta temperatura a base de níquel pueden tener mejor resistencia, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión a altas temperaturas de 650 ~ 1000 °C. Por lo tanto, las aleaciones de alta temperatura son actualmente los materiales industriales de vanguardia que se encuentran en la cima de la pirámide. No solo son los materiales clave para los componentes del extremo caliente de los motores de aviación y varios componentes de alta temperatura de los motores de cohetes aeroespaciales, sino que también se utilizan ampliamente en turbinas de gas industriales, energía, industria química y otros sectores industriales.

1. Las aleaciones en polvo de alta temperatura son los materiales preferidos para los componentes clave del extremo caliente de los motores de aviación avanzados. Se utilizan principalmente para fabricar componentes de soporte de carga de alta temperatura del extremo caliente de los motores, como discos de turbina, discos de compresor, ejes de tambor y deflectores de alta presión de discos de turbina. Las aleaciones en polvo de alta temperatura utilizan polvo de metal como materia prima y, después de un procesamiento térmico posterior, se obtienen. La aleación tiene una alta resistencia a la tracción y una buena resistencia a la fatiga. Las superaleaciones en polvo han pasado por tres generaciones de desarrollo y se han utilizado ampliamente en una variedad de piezas clave, como discos de turbina de motores de aviación civil y militar avanzados. La investigación y el desarrollo internacionales actuales de superaleaciones en polvo han entrado en la cuarta generación. Los lingotes de superaleaciones en polvo no tienen segregación macroscópica, microestructura uniforme, granos finos, excelentes propiedades mecánicas y propiedades de procesamiento en caliente, lo que puede garantizar de manera efectiva la confiabilidad y durabilidad del motor, y pueden tener una forma casi neta, con un ciclo de fabricación corto y bajo costo de producción.

1.1 Proceso de producción de superaleaciones en polvo La idea general del proceso de producción de superaleaciones en polvo es preparar y procesar el polvo bajo la protección de una atmósfera inerte y luego utilizar un proceso de conformado en caliente para consolidar y densificar el polvo. Después de años de desarrollo, se han formado básicamente dos rutas de proceso, a saber, el proceso de "fabricación de polvo mediante el método de atomización de argón (AA) + extrusión en caliente (HEX) + forjado isotérmico (ITF)" representado por países occidentales como Europa y Estados Unidos, y el proceso de "fabricación de polvo mediante el método de electrodos rotativos (PREP) + conformado directo mediante prensado isostático en caliente (HIP)" representado por Rusia.

El proceso desarrollado por mi país es "fabricación de polvo mediante el método de electrodo rotatorio de plasma (PREP) + formación mediante prensado isostático en caliente (IP) + forjado de la camisa/tratamiento térmico". El proceso se ha utilizado con éxito para producir discos de turbina de polvo FGH4095 de gran tamaño. Los deflectores de turbina de aleación de alta temperatura en polvo y los discos de turbina de tamaño pequeño preparados mediante el proceso de formación HIP directa han pasado la prueba de funcionamiento y han formado capacidades de producción en masa. El trabajo de investigación sobre el disco de turbina de doble rendimiento de aleación de alta temperatura en polvo FGH4096 de segunda generación también ha logrado avances revolucionarios. El proceso "PREP+HIP directo+forjado isotérmico" ha superado tecnologías clave como la pureza del polvo y ha desarrollado un disco de turbina de aleación FGH4096 para un motor con una alta relación empuje-peso. Mediante el uso de procesos de forjado de grano fino y tratamiento térmico en gradiente, se obtuvo una pieza bruta de disco de microestructura dual con un tamaño de grano de borde de 5 a 6 y un tamaño de grano de cubo de 10 a 11. Con el fin de resolver los problemas de tamaño excesivo de inclusión y pruebas ultrasónicas no calificadas en discos de turbina de aleación de alta temperatura en polvo, mi país ha llevado a cabo investigaciones sobre el proceso de "extrusión + forjado isotérmico", y ha logrado avances importantes. Recientemente, mi país extruyó con éxito palanquillas de aleación de alta temperatura en polvo para discos de turbina de motores de aeronaves en la extrusora de metales ferrosos de 36.000 toneladas del Northern Heavy Industry Group, lo que marca un gran avance en la tecnología de aleación de alta temperatura en polvo de mi país. Los estudios han demostrado que el límite de partículas original (PPB) se elimina durante el proceso de extrusión y las inclusiones se trituran de manera efectiva a lo largo de la dirección de extrusión. En el proceso de forjado posterior, las inclusiones se trituran aún más y se dispersan en el plano perpendicular a la dirección de forjado. Mi país también ha comenzado una investigación exploratoria sobre el proceso de deformación por extrusión de aleaciones de alta temperatura en polvo, especialmente en la tecnología de simulación de elementos finitos. Al simular el proceso de extrusión de revestimiento, se puede analizar sistemáticamente la influencia de factores como los parámetros de la estructura de la matriz en el proceso de extrusión, determinando así la combinación óptima de la estructura de la matriz [9]. El proceso de "palanquilla de extrusión + forjado isotérmico" se ha convertido en una de las direcciones de desarrollo importantes de los discos de turbina de aleación de alta temperatura en polvo de mi país.

1.2 Defectos en las superaleaciones en polvo y sus efectos
Las inclusiones, los PPB y los agujeros inducidos térmicamente (TIP) son los tres defectos principales de las superaleaciones en polvo, que afectan gravemente el rendimiento de las piezas de superaleaciones en polvo. Los investigadores nacionales y extranjeros han llevado a cabo una amplia investigación y análisis sobre las fuentes de defectos y sus efectos en las propiedades de la aleación, y han propuesto medidas y métodos correspondientes para reducir y eliminar los defectos.

Las inclusiones tienen una influencia importante en varias propiedades mecánicas de las superaleaciones en polvo, especialmente en las propiedades de fatiga de bajo ciclo. Las inclusiones en las superaleaciones en polvo incluyen óxidos, materia orgánica, metales extraños y otras partículas. Entre ellas, las inclusiones de cerámica, escoria y otros óxidos provienen principalmente de los materiales refractarios del crisol, la cuchara y la boquilla del dispositivo de fundición de aleación maestra y fabricación de polvo, así como de los productos de desoxidación en el proceso de fundición y las impurezas sólidas en argón; el caucho, la fibra y otras materias orgánicas provienen de la contaminación del sistema de vacío del tanque de almacenamiento de polvo, la válvula, el equipo de preparación y procesamiento de polvo; los metales extraños provienen del lote anterior de aleaciones atomizadas o materiales de revestimiento.

El PPB es una red de óxidos de carbono precipitados en los límites de las partículas debido a la reacción química entre los elementos O y C adsorbidos en la superficie de las partículas de polvo y los elementos constituyentes del polvo durante el proceso de prensado isostático en caliente [10]. Esta interfaz débil dificulta la difusión y la conexión entre las partículas metálicas, se convierte en la fuente de fractura y el canal de propagación de grietas de la aleación, y reduce la plasticidad y la vida útil por fatiga de la aleación. La causa principal del PPB es el contenido de O y C en la superficie del polvo. La reducción del contenido de C, la adición de elementos fuertes formadores de carburo como Nb y Hf, y la desgasificación al vacío del polvo son los principales métodos para eliminar el PPB. También se puede eliminar mediante tratamiento térmico, optimización del proceso de prensado isostático en caliente, etc.

El TIP es un agujero discontinuo formado por la expansión del gas argón que es insoluble en la aleación durante el prensado isostático en caliente. Provocará que la pieza de trabajo se deforme y reducirá significativamente la tracción, la durabilidad, la resistencia a la fluencia y otras propiedades de la aleación. El gas argón residual en la aleación de alta temperatura en polvo proviene principalmente del polvo hueco formado por el gas argón encapsulado por las gotitas durante el proceso de fabricación del polvo de atomización. Además, el gas argón adsorbido en la superficie del polvo no se elimina por completo o el sellado del paquete no es hermético, lo que también puede causar TIP.

En resumen, los tres defectos principales de las aleaciones en polvo resistentes a altas temperaturas están directamente relacionados con la calidad de los polvos de aleación. La tecnología de preparación de polvos de aleación resistentes a altas temperaturas de alta calidad sin inclusiones, sin polvo hueco y con bajo contenido de gas es la clave para el desarrollo y la aplicación de aleaciones en polvo resistentes a altas temperaturas.

1. Procesos habituales de producción de polvos metálicos de alta temperatura

Existen muchos métodos para producir polvos metálicos, incluidos el triturado de sólidos, el molino de bolas, la atomización, la electrólisis y los métodos químicos. Para la fabricación aditiva, se necesitan polvos esféricos, y la atomización se considera el método más ideal para producir polvos metálicos para la fabricación aditiva. Además, el método de electrodos rotatorios se utiliza gradualmente en la preparación de materiales en polvo para fabricación aditiva.

El flujo del proceso básico de preparación de polvo esférico de aleación de alta temperatura a base de níquel es el siguiente: fundición y procesamiento de aleación maestra → fabricación de polvo → cribado de polvo → (separación electrostática y eliminación de impurezas) → inspección del rendimiento del polvo, entre los cuales la fundición de aleación maestra, la fabricación de polvo de atomización y la separación electrostática y la eliminación de impurezas son los enlaces clave para obtener polvos de alta calidad.
2.1 Tecnología de fusión de aleaciones maestras
La tecnología de fusión de aleaciones maestras de alta temperatura desempeña un papel decisivo en la preparación de polvos esféricos de alta calidad. Las impurezas, el oxígeno, el nitrógeno y el contenido de hidrógeno en las materias primas afectan directamente la calidad del polvo. La fusión de aleaciones maestras de alta temperatura generalmente adopta la tecnología de fusión por inducción al vacío, que tiene ventajas significativas para controlar con precisión la composición de la aleación y eliminar las impurezas de gas y los elementos nocivos en la aleación. Sin embargo, debido al uso de crisoles cerámicos, inevitablemente se introducirán defectos de inclusión de cerámica y escoria en la aleación maestra. Además, la aleación maestra también producirá defectos como contracción, holgura y segregación durante el proceso de solidificación.

Los defectos anteriores se pueden eliminar en el proceso posterior de fundición por inducción y vertido de la fundición de aleaciones de alta temperatura en piezas en bruto, pero tendrán un mayor impacto en la preparación de polvos de aleación de alta temperatura. Las inclusiones en la aleación maestra no se pueden eliminar durante el proceso de fabricación del polvo, y los defectos como la contracción y la soltura también provocarán la oxidación del polvo hueco y la superficie del polvo. Por lo tanto, es necesario tomar las medidas correspondientes para eliminar las inclusiones y los defectos en la aleación maestra de fusión por inducción al vacío. En la industria de producción de aleaciones de alta temperatura de fundición y forjado de alta pureza, generalmente se utiliza el proceso de dos o tres vías, a saber, fusión por inducción al vacío + refundición por electroescoria/refundición por arco al vacío. La fusión por inducción al vacío prepara electrodos consumibles con una composición química adecuada. El proceso de refundición por electroescoria elimina las inclusiones de óxido frágiles para obtener una mayor pureza. Finalmente, la refundición por arco al vacío se utiliza para obtener piezas en bruto sin macrosegregación y con una estructura uniforme. El proceso de refundición por electroescoria es uno de los procesos de refinación más eficaces para eliminar inclusiones no metálicas en aleaciones. Puede eliminar eficazmente inclusiones extrañas de gran tamaño y dispersar y refinar las inclusiones endógenas. Es el proceso preferido para la refinación secundaria de aleaciones maestras de alta temperatura en polvo.

En la década de 1990, Rusia comenzó a utilizar ampliamente el proceso de fundición por inducción al vacío + refundición por electroescoria para producir lingotes de aleación maestra de aleación de alta temperatura en polvo. En 2002, el Instituto Central de Investigación del Hierro y el Acero diseñó y construyó el primer horno de electroescoria rápido con protección de gas inerte/vacío de sección ultrapequeña (50 mm) del mundo, y preparó con éxito lingotes de electroescoria de aleación de alta temperatura en 2004. Los estudios han demostrado que la aleación maestra FGH95 preparada mediante el proceso de refundición por electroescoria con protección de gas inerte tiene un menor contenido de O, una menor combustión de Al y Ti y un tamaño y número significativamente reducidos de inclusiones no metálicas.

La tecnología de filtración de cerámica de espuma también es un método eficaz para eliminar inclusiones no metálicas en aleaciones de alta temperatura. Esta tecnología utiliza principalmente un filtro de placa de cerámica de espuma de malla continua tridimensional compuesto por un esqueleto de ramificación de cerámica densa para filtrar la masa fundida de metal, que puede filtrar partículas de inclusión, inclusiones de fundente líquido y algunos elementos metálicos dañinos en la masa fundida de aleación. La Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, el Instituto de Investigación de Materiales de Magnesio de Yingkou, la Universidad del Noreste, el Instituto de Metales de la Academia China de Ciencias y otras unidades de investigación científica han utilizado filtros cerámicos a base de alúmina para filtrar y purificar aleaciones de alta temperatura, y pueden eliminar eficazmente las inclusiones en aleaciones de alta temperatura.

Además, el proceso de fundición rotatoria de lingotes desarrollado en Japón, la tecnología de producción y fabricación de lingotes de aleación de alta temperatura y alta calidad (proceso de alta calidad BIAM) desarrollada por el Instituto de Materiales Aeronáuticos de Beijing, la tecnología de purificación de formación de contacto suave electromagnético y la tecnología de purificación de sales fundidas compuestas desarrollada por la Universidad Politécnica del Noroeste tienen todos buenos efectos en la eliminación de inclusiones y la purificación de aleaciones. En los últimos años, las nuevas tecnologías de purificación que se han desarrollado rápidamente, como la tecnología de purificación electromagnética y la tecnología de procesamiento ultrasónico, se están convirtiendo en nuevos puntos calientes de investigación en el campo de la purificación de aleaciones.

Algunas de las tecnologías de purificación de aleaciones mencionadas anteriormente se han utilizado ampliamente en la purificación de aleaciones de alta temperatura, mientras que otras necesitan mejorarse y desarrollarse aún más. El desarrollo de motores aeroespaciales requiere que las aleaciones de alta temperatura en polvo tengan mayores propiedades mecánicas y confiabilidad, y también plantea mayores requisitos en cuanto a la pureza de las aleaciones maestras. Para la producción de aleaciones maestras de alta temperatura en polvo, la investigación y el desarrollo de tecnología de fundición y purificación de lingotes de aleación maestra de alta eficiencia, bajo costo, alta pureza y sin inclusiones es una dirección importante para el desarrollo futuro.

2.2 Fabricación de polvo

La preparación de polvos es el primer proceso en la producción de aleaciones en polvo de alta temperatura, y también es uno de los procesos más críticos. La preparación de polvos de aleación de alta temperatura con un tamaño pequeño y uniforme, buena esfericidad y bajo contenido de gases e inclusiones puede reducir o incluso eliminar defectos como PPB e inclusiones en la aleación, y mejorar significativamente la organización y el rendimiento de los discos de aleación. Por lo tanto, la tecnología avanzada de preparación de polvos es un vínculo clave para obtener polvos de aleación de alta temperatura de alta calidad, eliminando así los defectos metalúrgicos dentro de la aleación y asegurando la calidad de los discos de aleación de alta temperatura.
Los investigadores en el campo de las aleaciones de alta temperatura en polvo han llevado a cabo investigaciones extensas y profundas sobre una variedad de procesos de preparación de polvo. En la actualidad, los principales métodos para preparar polvos metálicos esféricos son la atomización de gas de fusión por inducción al vacío (método VIGA), la tecnología de fabricación de polvo con electrodos rotativos de plasma (método PREP), la atomización de gas por inducción de electrodos (método EIGA) y la atomización de plasma (método PA).

2.2.1 Atomización de gas de fusión por inducción al vacío (método VIGA)
La atomización de gas de fusión por inducción al vacío se refiere al uso del principio de calentamiento por inducción de bobina para fundir la carga en un entorno de vacío. Después de alcanzar una cierta temperatura, la cámara de fusión y la cámara de atomización se llenan con gas atomizador y luego el acero fundido se vierte en la artesa. El líquido metálico fluye hacia la cámara de atomización a través de la boquilla y luego el gas inerte de alta presión se utiliza como medio de atomización para romper el flujo continuo de líquido metálico, de modo que se solidifique rápidamente en partículas finas, es decir, polvo metálico.

Además de los polvos de aleación de alta temperatura a base de níquel, otros materiales de polvo metálico incluyen: acero inoxidable 316L, 174PH; aleaciones a base de cobalto CoCrMo, CoCrW, CoCrMoW; titanio y aleaciones de titanio TC4, TC11TA15, TiAl4822, Ti2AlNb; aleaciones a base de níquel FGH95, FGH96, FGH97, GH4169, metales raros, etc. 2.2.2 Tecnología de pulverización de electrodos rotativos de plasma (método PREP) La tecnología de pulverización de electrodos rotativos de plasma se utiliza para preparar polvos metálicos como metales altamente reactivos, níquel resistente al calor y aleaciones de titanio. Esta tecnología adopta el principio de atomización centrífuga. En un entorno de gas inerte, el generador de plasma y el electrodo generan un arco. La temperatura del arco puede fundir rápidamente la varilla que gira rápidamente. El metal fundido se atomiza centrífugamente bajo la acción de la tensión superficial. Las pequeñas gotas de líquido atomizado centrífugamente se solidifican rápidamente en partículas en la cámara de pulverización catódica y, finalmente, las partículas se depositan y caen en el tanque recolector de polvo.

El polvo producido mediante la tecnología de fabricación de polvo con electrodo rotatorio de plasma tiene las ventajas de buena esfericidad, tamaño de partícula concentrado, alto acabado superficial, bajo contenido de gas y alta pureza.

En la actualidad, el equipo de fabricación de polvo de electrodo rotatorio de plasma de Rusia es el líder mundial. La figura 5 es el equipo de fabricación de polvo de electrodo rotatorio de plasma Granule 2000 de Rusia. Su sistema de vacío estático, sistema de vacío dinámico, generador de plasma, sistema de rotación de varilla, diseño de cabina, diseño de alimentación, sistema de gas, etc. son superiores al diseño del equipo PREP doméstico. La velocidad del equipo de fabricación de polvo de electrodo rotatorio de plasma Granule 2000 puede alcanzar 20000~25000 r/min.

2.2.3 Método de atomización de plasma (método PA)
El método de atomización de plasma (método PA) es un método para preparar polvo esférico mediante la atomización de gotitas de metal con una pistola de plasma. Este método fue propuesto por primera vez por M. EntezaRian y otros y se solicitó una patente en 1998. Ahora, la empresa AP&C de Canadá es el líder mundial en tecnología de atomización de plasma. La empresa posee el conjunto completo de patentes técnicas para este equipo. La atomización de plasma es esencialmente una tecnología de fabricación de polvo de atomización de gas. Su principio es: bajo la protección de un gas inerte, se utiliza una pistola de plasma para calentar el alambre de aleación, fundirlo y evaporarlo en vapor de metal, y luego el vapor de metal saturado se aglomera rápidamente, se nuclea y crece a través de la tecnología de enfriamiento por enfriamiento con gas para obtener polvo de aleación ultrafino [26]. La distribución del tamaño de partícula del polvo de aleación preparado por atomización de plasma es relativamente estrecha, oscilando entre 10 y 150 μm, y el polvo por debajo de 50 μm representa aproximadamente el 40%, y el rendimiento de polvo fino es extremadamente alto; Además, el polvo preparado por el método PA también tiene una alta esfericidad y un bajo contenido de impurezas. La principal desventaja del método PA es que la materia prima es un alambre más fino, y el costo de fabricación de la materia prima del alambre es más alto que el de la varilla de aleación maestra, y la eficiencia de fabricación del polvo es baja.

En la actualidad, el equipo de atomización de plasma de la empresa AP&C en Canadá está equipado con un sistema de monitoreo totalmente automático y un dispositivo de recuperación de gas para garantizar la estabilidad de la calidad del polvo y reducir los costos de producción mediante la recuperación de gas. Esta tecnología se ha aplicado a la producción a gran escala de polvos metálicos esféricos de alta calidad, y los tipos de polvos incluyen titanio puro y aleaciones de titanio, aleaciones a base de níquel, etc.

2.2.4 Atomización de gas por inducción de electrodos (EIGA) La atomización de gas de fusión por inducción de electrodos (EIGA) es una tecnología de fabricación de polvo de atomización de gas ultralimpia que no utiliza crisoles cerámicos. Tiene las características de alta eficiencia de producción de atomización de gas, gran rendimiento y tamaño de partícula de polvo fino. El principio de fabricación de polvo de atomización EIGA es el siguiente: bajo la protección de gas inerte, la varilla de aleación maestra se instala en el dispositivo de alimentación y entra en la bobina cónica de abajo a una cierta velocidad de rotación y velocidad de descenso [12]. La punta de la varilla se derrite gradualmente por la bobina de inducción cónica de frecuencia ultra alta para formar un flujo de líquido de aleación con un diámetro controlable de forma continua. Bajo la acción de la gravedad, el flujo de líquido fundido fluye directamente o gotea en la cámara de atomización de abajo. Bajo la acción de gas inerte de alta presión, el flujo de líquido de aleación se rompe en pequeñas gotas. Bajo la acción de su propia tensión superficial en la cámara de atomización, las pequeñas gotas se esferoidizan y solidifican rápidamente para formar polvo metálico. En la tecnología de fabricación de polvo EIGA, todo el proceso de fusión de la aleación maestra no utiliza materiales refractarios como crisoles y boquillas guía, lo que reduce la introducción de impurezas no metálicas; en comparación con el polvo producido por el método VIGA, el polvo EIGA tiene un tamaño de partícula más pequeño, no contiene una gran cantidad de escamas y el tamaño de partícula del polvo Dv (50) se puede controlar a aproximadamente 50 ~ 100 μm, con una alta eficiencia de producción.

Al optimizar el proceso de tecnología de atomización de gas por inducción de electrodos, la empresa alemana ALD ha diseñado y desarrollado una variedad de equipos de hornos de fabricación de polvos de atomización de gas por inducción de electrodos para la investigación y producción de materiales en polvo de titanio y aleaciones de titanio. Este tipo de equipo se ha promovido en todo el mundo. El tamaño de partícula medio Dv(50) del polvo de Ti6Al4V preparado por la empresa japonesa OSAKA Titanium Company utilizando el método de atomización de gas por inducción de electrodos es de aproximadamente 40 μm, el polvo tiene alta esfericidad, pocas partículas satélite y pocas inclusiones no metálicas, y se ha aplicado en el campo de la fabricación aditiva.

2.3 Tecnología de separación electrostática La tecnología de separación electrostática es una tecnología clave para eliminar inclusiones no metálicas de los polvos. Su principio es cargar partículas de polvo a través de una descarga de corona y luego separar el polvo metálico y las inclusiones no metálicas utilizando la diferencia de propiedades eléctricas entre ellos.

El dispositivo de separación electrostática consta de dos electrodos, un alambre metálico fino como electrodo negativo y un carrete metálico de gran diámetro que está conectado a tierra y tiene una cierta velocidad de rotación como electrodo positivo. Cuando la diferencia de potencial entre los dos electrodos alcanza un cierto valor, se produce una descarga de corona entre los dos electrodos. Después de que el polvo metálico que contiene inclusiones no metálicas cae en el campo eléctrico de corona formado en la superficie del rodillo a través del alimentador, se encuentra con los electrones e iones negativos que vuelan hacia el electrodo positivo, lo que hace que transporte la carga negativa del rodillo. Debido a la alta conductividad del polvo metálico, la carga negativa obtenida se libera rápidamente después de entrar en contacto con el rodillo y cae desde la parte delantera del rodillo hacia el área de recolección de polvo terminado bajo la acción de la gravedad y la fuerza centrífuga; y las inclusiones no metálicas no pierden carga fácilmente debido a su baja conductividad. Se adsorben en el rodillo bajo la acción de la fuerza de Coulomb y la adsorción electrostática, y son cepilladas por el cepillo del rodillo cuando el rodillo gira hacia atrás.

2.4 Tamizado de polvo Además del proceso de atomización, otro proceso clave para determinar las características del polvo es el posprocesamiento de las materias primas de polvo metálico. Esto incluye la pasivación oxidativa de las partículas de polvo, la clasificación (es decir, tamizado o clasificación por aire) y la mezcla para obtener un lote de polvo uniforme final. El tamizado de polvo consiste en obtener polvo del tamaño de partícula requerido y eliminar algunas impurezas de acuerdo con la diferencia entre el tamaño del polvo requerido y el tamaño de las impurezas. La máquina tamizadora funciona en estado de vacío o bajo la protección de gas inerte para evitar que el polvo se oxide durante el proceso de tamizado. Los principales parámetros del proceso de tamizado son la amplitud de vibración y la frecuencia de vibración de la pantalla vibratoria. En general, el polvo crudo del método VIGA debe tamizarse previamente con malla 100 para evitar que los objetos irregulares grandes generados durante el proceso de atomización dañen y obstruyan la pantalla.

Además, existen diversas tecnologías para mejorar la fluidez del polvo después de la pasivación. Actualmente, existen múltiples métodos para cuantificar las propiedades reológicas (fluidez y capacidad de esparcimiento) de los polvos, pero la correlación entre ellos no se ha determinado por completo. No hay otros métodos ampliamente utilizados, excepto el método de flujo de embudo más simple (ASTM B213/ISO 4490/ASTM B964). Existe una falta de comprensión en la comunidad de AM sobre cuál es un valor de flujo aceptable para una aleación de metal en particular, por lo que es necesaria una mayor investigación cuantitativa sobre el flujo de polvo para la fabricación aditiva.

3. Reutilización del polvo


Las industrias, encabezadas por la aeroespacial y la ortopedia, están adoptando rápidamente los polvos metálicos para fabricación aditiva. Dado que los polvos metálicos para fabricación aditiva son uno de los principales impulsores del costo, especialmente en aplicaciones de alto rendimiento, existe un gran interés en la reutilización del polvo. Dado que solo una pequeña parte del polvo se derretirá y fusionará en la pieza, el polvo restante se puede utilizar varias veces hasta que ya no sea utilizable en una aplicación específica.



La aleación de níquel 718, que tiene excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la oxidación/corrosión, se introdujo por primera vez en la década de 1960 para superar las desventajas de la mala soldabilidad de las superaleaciones. Deng et al. reutilizaron 100 kg de aleación de níquel 718 (PSD 45-106 μm) seis veces para fabricar piezas en una máquina de fusión de lecho de polvo (E-PBF). El polvo se produjo mediante un proceso de atomización de gas inerte por fusión por inducción de electrodos (EIGA), y el polvo no se regeneró con el polvo original durante el proceso de reutilización. En comparación con el polvo original, la composición elemental del polvo reciclado no cambió significativamente, solo el elemento oxígeno aumentó de 0,014 % en peso a 0,022 % en peso. Después de la sexta construcción, la composición química de las partículas de polvo recolectadas de diferentes ubicaciones no cambió, y la composición elemental aún cumplía con los requisitos específicos de la aleación. Los datos de fluidez y PSD no cambiaron significativamente después del ciclo de reutilización. Sin embargo, los datos de PSD después del sexto ciclo de fabricación mostraron un ligero aumento en el diámetro promedio de las partículas. Esto demuestra que el polvo de aleación de níquel 718 es estable bajo el haz de electrones y se puede reutilizar muchas veces sin cambios significativos en el tamaño del polvo y la composición química.

Según el principio de la termodinámica, la formación de Al2O3 en la aleación de níquel 718 es más favorable que la formación de otros óxidos. Durante el proceso E-PBF, la oxidación de Al, Ti, Fe o Cr parece inevitable, pero concentraciones muy bajas de oxígeno pueden inhibir la formación de dichos óxidos en la superficie del polvo. Esto se debe a que la presión parcial de equilibrio del oxígeno en el punto de fusión de estos elementos debe ser inferior a 10-7~10-9 mbar para evitar estas oxidaciones. Por otro lado, las altas temperaturas de producción en el equipo E-PBE conducen a una alta tasa de difusión del oxígeno. Por lo tanto, existe una fuerza impulsora para que se produzca la reacción. Después de los procesos L-PBF y E-PBF, se observó la formación de Cr2O3 y Al2O3 en la superficie del polvo. Aunque el Cr2O3 tiene una menor afinidad por el oxígeno que el Al2O3, su formación es cinéticamente favorable, especialmente considerando su alto contenido en la aleación de níquel 718. En ciclos de uso repetidos, se puede esperar que los óxidos existentes se descompongan gradualmente en el óxido más estable (es decir, Al2O3) cuando se exponen a altas temperaturas en el proceso AM.

4 Conclusión
Mi país ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajos de investigación científica y desarrollo tecnológico en la investigación y producción de aleaciones en polvo de alta temperatura y varias tecnologías clave, especialmente en las tecnologías clave de preparación de polvos de aleación de alta temperatura, que han logrado avances, asegurando la organización y el rendimiento de partes clave de las aleaciones en polvo de alta temperatura de mi país, y ha hecho contribuciones sobresalientes a la localización de motores de aeronaves. Con el objetivo de eliminar los tres defectos principales en las aleaciones en polvo de alta temperatura y mejorar el rendimiento general de las piezas moldeadas en polvo, los futuros polvos de aleación de alta temperatura deben desarrollarse en la dirección de polvo fino de alta pureza.