Desde la fabricación de maquinaria ordinaria 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 del mercado también está impulsando el progreso tecnológico. Con la creciente aplicación de 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. En la actualidad, se han desarrollado muchos métodos para la preparación de polvos metálicos, que se dividen principalmente en métodos físicos y químicos y métodos mecánicos según el principio de producción. Los principales métodos en el método mecánico son la atomización y el triturado mecánico. Los principales métodos en el método físico y químico son la reducción, la electrólisis y el método de hidroxilo.
Método de reducción
El metal se reduce a polvo utilizando un agente reductor para capturar el oxígeno en el polvo de óxido metálico. Los agentes reductores gaseosos incluyen hidrógeno, amoníaco, gas de hulla, gas natural convertido, etc. Los agentes reductores sólidos incluyen carbono y metales como sodio, calcio y magnesio. La reducción de hidrógeno o amoníaco se utiliza a menudo para producir polvos metálicos como tungsteno, molibdeno, hierro, cobre, níquel y cobalto. La reducción de carbono se utiliza a menudo para producir polvo de hierro. Utilizando agentes reductores de metales fuertes como sodio, magnesio y calcio, se pueden producir tántalo, niobio, titanio, circonio, vanadio, berilio, torio y uranio. Los polvos metálicos (ver reducción térmica de metales) se pueden producir reduciendo soluciones acuosas de sales metálicas con hidrógeno a alta presión (ver hidrometalurgia).
Las partículas de polvo producidas por el método de reducción son en su mayoría de formas irregulares con estructuras de esponja. El tamaño de las partículas de polvo depende principalmente de factores como la temperatura de reducción, el tiempo y el tamaño de las partículas de las materias primas. El método de reducción puede producir polvos de la mayoría de los metales y es un método ampliamente utilizado.
Método de atomización
El metal fundido se atomiza en gotitas finas y se solidifica en polvo en un medio de enfriamiento. El método de atomización de dos corrientes (flujo de fusión y medio fluido de alta velocidad) ampliamente utilizado utiliza aire a alta presión, nitrógeno, argón, etc. (atomización de gas) y agua a alta presión (atomización de agua) como medios de inyección para romper el flujo de líquido metálico. También existen métodos de atomización centrífuga que utilizan trituración de disco giratorio y la rotación de la propia masa fundida (electrodo consumible y crisol), así como otros métodos de atomización como la atomización al vacío de hidrógeno y la atomización ultrasónica. Debido a las pequeñas gotas y las buenas condiciones de intercambio de calor, la tasa de condensación de las gotas generalmente puede alcanzar 100-10000 K/s, que es varios órdenes de magnitud más alta que la de la fundición de lingotes. Por lo tanto, la aleación tiene una composición uniforme y una estructura fina. El material de aleación elaborado a partir de ella no tiene segregación macroscópica y un rendimiento excelente.
El polvo atomizado con gas es generalmente casi esférico, y la atomización con agua puede producir formas irregulares. Las características de los polvos, como el tamaño de partícula, la forma y la estructura cristalina, dependen principalmente de las propiedades de la masa fundida (viscosidad, tensión superficial, sobrecalentamiento) y de los parámetros del proceso de atomización (como el diámetro del flujo de la masa fundida, la estructura de la boquilla, la presión del medio de pulverización, el caudal, etc.). Casi todos los metales fundibles se pueden producir mediante atomización, especialmente adecuado para producir polvos de aleación. Este método tiene una alta eficiencia de producción y es fácil de expandir a escala industrial. No solo se utiliza para la producción en masa de polvos industriales de hierro, cobre, aluminio y diversos polvos de aleación, sino también para la producción de aleaciones de alta temperatura de alta pureza (O2 <100 ppm), acero de alta velocidad, acero inoxidable y polvos de aleación de titanio. Además, el uso de tecnología de temple para producir polvos de condensación rápida (tasa de condensación >100.000 K/s) es cada vez más valorado. Se puede utilizar para producir materiales microcristalinos de alto rendimiento (ver aleaciones microcristalinas de enfriamiento rápido).
Método de electrólisis
Cuando se hace pasar corriente continua a través de una solución acuosa de sal metálica, los iones metálicos se descargan y precipitan en el cátodo para formar una capa de deposición que es fácil de romper en polvo. Los iones metálicos generalmente provienen de la disolución del mismo ánodo metálico y migran del ánodo al cátodo bajo la acción de la corriente. Los factores que afectan el tamaño de las partículas de polvo son principalmente la composición del electrolito y las condiciones de electrólisis (ver electrólisis en solución acuosa).
En general, los polvos electrolíticos son en su mayoría dendríticos y tienen una alta pureza, pero este método consume mucha electricidad y es costoso. La aplicación de la electrólisis también es muy amplia y se utiliza a menudo para producir diversos polvos metálicos como cobre, níquel, hierro, plata, estaño, plomo, cromo y manganeso; también se pueden producir polvos de aleación en determinadas condiciones. Para metales raros y refractarios como el tántalo, el niobio, el titanio, el circonio, el berilio, el torio y el uranio, a menudo se utilizan sales fundidas compuestas como electrolitos (ver electrólisis de sales fundidas) para producir polvos.
Método de pulverización mecánica
Principalmente, los metales sólidos se trituran en polvo mediante trituración, trituración y molienda. Los equipos se dividen en trituración gruesa y trituración fina. Los principales equipos de trituración incluyen trituradoras, molinos de rodillos, trituradoras de mandíbulas y otros equipos de trituración gruesa. Los principales equipos de trituración y molienda incluyen trituradoras de martillos, molinos de barras, molinos de bolas, molinos de bolas vibratorios, molinos de bolas agitadores y otros equipos de trituración fina.
El triturado mecánico es principalmente adecuado para triturar metales y aleaciones frágiles y de fácil endurecimiento, como estaño, manganeso, cromo, hierro con alto contenido de carbono, aleaciones de hierro, etc. También se utiliza para triturar metales esponjosos obtenidos por el método de reducción y depósitos catódicos obtenidos por electrólisis; también se utiliza para triturar titanio que se vuelve frágil después de la hidrogenación y luego deshidrogenarlo para producir polvo fino de titanio. El triturado mecánico es ineficiente y consume mucha energía, y a menudo se utiliza como complemento de otros métodos de fabricación de polvos o para mezclar polvos de diferentes propiedades. Además, el triturado mecánico también incluye molinos de vórtices, que se basan en dos impulsores para crear vórtices, de modo que las partículas arrastradas por el flujo de aire chocan entre sí a alta velocidad y se trituran, lo que puede usarse para triturar metales plásticos.
Método de trituración por flujo en frío
Utilice un flujo de gas inerte de alta velocidad y alta presión para transportar polvo grueso y rociarlo sobre un objetivo metálico. Debido a la expansión adiabática del flujo de aire en la salida de la boquilla, la temperatura cae bruscamente por debajo de 0 °C, de modo que el polvo grueso de metales y aleaciones con fragilidad a baja temperatura se tritura en polvo fino. El método de aleación mecánica utiliza un molino de bolas de alta energía para moler diferentes metales y compuestos de alto punto de fusión en una solución sólida o un estado de aleación finamente disperso.
Método del carbonilo
Algunos metales (hierro, níquel, etc.) se sintetizan con monóxido de carbono para formar compuestos de carbonilo metálico, que luego se descomponen térmicamente en polvo metálico y monóxido de carbono. El polvo obtenido de esta manera es muy fino (el tamaño de partícula varía de varios cientos de angstroms a varias micras) y tiene una alta pureza, pero el costo también es alto. Se utiliza principalmente en la industria para producir polvos finos y ultrafinos de níquel y hierro, así como polvos de aleación como Fe-Ni, Fe-Co y Ni-Co.
Método de composición directa
El carbono, el nitrógeno, el boro y el silicio se combinan directamente con metales refractarios a altas temperaturas. El método de combinación-reducción utiliza carbono, nitrógeno, carburo de boro y silicio para reaccionar con óxidos metálicos refractarios. Ambos métodos son métodos de uso común para producir polvos de carburo, nitruro, boruro y siliciuro.
Los polvos finos y ultrafinos de menos de 10 μm tienen una posición especial en la fabricación de materiales (como aleaciones reforzadas por dispersión, metales ultramicroporosos y cintas magnéticas metálicas) y aplicaciones directas (como combustibles sólidos para cohetes y sellos de fluidos magnéticos, tintas magnéticas, etc.) debido a su composición uniforme, granos finos y alta actividad. Además del método de carbonilo y el método de electrólisis, también se utilizan el método de condensación por evaporación al vacío, el método de pulverización por arco, la descomposición de sales complejas por coprecipitación, la reducción en fase gaseosa y otros métodos para fabricar este tipo de polvo. Los polvos recubiertos están mostrando cada vez más su excelencia en aplicaciones especiales como la pulverización térmica y los materiales de ingeniería de energía atómica. Se pueden producir varios polvos recubiertos mezclados con metales y metales, metales y no metales utilizando dos tipos de métodos de fabricación de polvo químico, deposición en fase gaseosa y fase líquida, como la disociación térmica por reducción de hidrógeno, la reducción de hidrógeno a alta presión, el reemplazo y la electrodeposición.
Share:
Soluciones de precisión para moldeo por inyección de micrometales para piezas pequeñas
What is Infiltration Powder Metallurgy