Polvo de hierro es un material ferroso versátil con diversas aplicaciones industriales y comerciales debido a sus propiedades magnéticas, alta resistencia, ductilidad y gama de tamaños de polvo disponibles. Esta guía detalla los distintos tipos, especificaciones, métodos de fabricación, aplicaciones, precios, comparaciones y preguntas frecuentes sobre el polvo de hierro.
Visión general del polvo de hierro
El polvo de hierro se refiere a gránulos finos de metal de hierro, normalmente de un tamaño inferior a 500 micras. Presenta una alta permeabilidad y a menudo contiene pequeñas cantidades de elementos de aleación como silicio, níquel, molibdeno o cobre para modificar las propiedades magnéticas o estructurales.
Atributos clave que hacen que los polvos de hierro sean útiles en todas las industrias:
- Alto contenido en hierro puro (>98%)
- Morfología del polvo y tamaño del grano controlados
- Gama de valores de resistividad eléctrica
- Propiedades magnéticas ajustables
- Buena maquinabilidad y compresibilidad
- Capacidad para adaptar la resistencia mecánica
- Disponibilidad en grandes cantidades comerciales
- Costes de fabricación inferiores a los del hierro macizo
- Reciclabilidad de la chatarra/residuos en polvo
Con una demanda mundial prevista de 800 kilotoneladas anuales, la producción y variedad de polvo de hierro sigue aumentando impulsada por las aplicaciones de la industria automovilística, eléctrica y de soldadura fuerte.
Tipos de composiciones de hierro en polvo
El polvo de hierro se suele clasificar por composición, proceso de fabricación, forma de las partículas, tamaño del polvo y densidad del polvo:
Cuadro 1: Principales tipos de composiciones de polvo de hierro
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Hierro carbonílico | Polvo ultrafino de gran pureza producido mediante descomposición de pentacarbonilo de hierro |
| Agua atomizada | Fabricado por atomización de hierro fundido bombeado a través de una boquilla; formas irregulares. |
| Electrolítico | Depositados a partir de soluciones acuosas de sales de hierro sobre cátodos |
| Hierro reducido | Producido a partir de cascarilla de laminación mediante reducción H2/CO a 400-700°C |
| Recocido | Polvo blando generado por recocido electrolítico/polvo atomizado con agua |
| Aleación | Pequeñas adiciones de Si, Al, Cu, Mo para modificar las propiedades del polvo |
| Hierro aislado | Cada partícula recubierta con una capa aislante inorgánica |
| Arena de hierro | Trozos irregulares fabricados mediante trituración/fresado de hierro fundido |
Forma: Se observan predominantemente partículas esféricas, dendríticas, granulares y trozos irregulares.
Talla: Entre 10 micras y 1 milímetro; más pequeño es más caro.
Densidad aparente: 2 gr/cc ligeramente compactado, hasta 4 gr/cc para polvo compactado a presión.
Además de la composición, las propiedades vienen determinadas por los métodos de producción del polvo y el tratamiento posterior, como el recocido, los revestimientos o la adición de lubricantes.
Características y propiedades clave de Polvo de hierro
El polvo de hierro disponible en el mercado presenta un amplio espectro de características físicas, químicas, eléctricas y magnéticas:
Tabla 2: Propiedades del polvo de hierro y métodos de medición
| Propiedad | Valores típicos | Métodos de ensayo |
|---|---|---|
| Composición química | >98% Fe, <0,8% O2, <0,1% N2, <0,1% C | Análisis de combustión, XRF |
| Densidad aparente | 2-4 gr/cc | Caudalímetro Hall |
| Densidad del grifo | Hasta 6,5 gr/cc | fracción de unión |
| Caudales | La cohesión afecta al flujo del polvo por gravedad | Caudalímetro Hall |
| Compresibilidad | Compresión verde de 35-65% típica | Pruebas de herramientas de prensado |
| Pérdida de hidrógeno | Por debajo de 150 ppm de recocido | Método de fusión con gas inerte |
| Permeabilidad | 70-150 para hierro recocido | Pruebas de histéresis |
| Resistividad | 10-18 μOhm-cm; la aleación reduce | Método de cuatro sondas |
| Factor de pérdida | Inferior a 15 kW/m3 a 10 kHz | Gráfico de histéresis |
| Dureza | Hasta 90 HRB post sinterización | Dureza Rockwell |
Factores clave que determinan la idoneidad para uso industrial:
- Características del flujo
- Consistencia de la densidad
- Potencial magnético
- Facilidad de fabricación
- Nivel de pureza
- Distribución granulométrica
Procesos de producción del polvo de hierro
Las principales vías de fabricación para generar diferentes grados de polvo de hierro son:
Tabla 3: Panorama de los principales procesos de producción de polvo de hierro
| Método | Descripción | Salida típica |
|---|---|---|
| Atomización de gas | Chorro de hierro fundido desintegrado por chorros de nitrógeno/argón | Polvo esférico fino |
| Atomización del agua | El agua a alta presión rompe el hierro fundido en gránulos | Polvo dendrítico irregular |
| Electrólisis | Iones de hierro procedentes de una solución acuosa en el cátodo | Depósitos esponjosos ligeros |
| Descomposición carbonílica | Craqueo térmico del pentacarbonilo de hierro | Polvo ultrafino de gran pureza |
| Trituración mecánica | Trituración y molienda de hierro fundido/cerdo | Polvo de granulometría grande |
| Reducción de hidrógeno | Polvo de óxido de hierro reducido en atmósferas de hidrógeno | Polvo poroso menos denso |
| Electrodeposición | Electrodeposición de hierro en cátodos a partir de ánodos solubles | Polvo denso adherente |
Los procesos secundarios posteriores a la producción, como el recocido, la trituración, la clasificación, el recubrimiento y la lubricación, pueden modificar aún más las propiedades del polvo, como el tamaño del grano, la forma, la densidad y las características de fluidez.
Cuadro 4: Proveedores industriales de equipos y sistemas de fabricación de polvo de hierro
| Compañía | Ofertas |
|---|---|
| BASF | Equipos de atomización de gas |
| Sandvik Osprey | Sistemas de atomización de agua llave en mano |
| Italprocess | Reductores de hidrógeno |
| ECKA Granulado | Recocido, trituración, clasificación |
| Höganäs | Soluciones completas para la producción de polvo |
| Kastwel | Equipos de procesado de polvo |
Las capacidades de producción de 200-2000 kg/hora son típicas de las plantas de reducción basadas en gas, agua e hidrógeno.
Aplicaciones y usos del polvo de hierro
Las principales aplicaciones industriales y usos comerciales del polvo de hierro incluyen:
Cuadro 5: Principales ámbitos de aplicación del polvo de hierro
| Industria | Aplicaciones |
|---|---|
| Automotor | Engranajes de metal pulverizado, cojinetes de motor, componentes de bombas de aceite, pastillas de freno, piezas de fricción |
| Eléctrico | Ferritas, inductores, blindaje electromagnético, contactos |
| Construcción | Materia prima de recubrimiento en polvo para acabados sobre sustratos metálicos |
| Fabricación | Moldeo por inyección de polvo de piezas complejas en forma de red |
| Filtración | Tratamiento del agua con medios de hierro para la eliminación de contaminantes de arsénico y cromo |
| Impresión | Tóner en polvo para fotocopiadoras, impresoras láser |
| Soldadura | Aglutinante en mezclas de flujo de soldadura exotérmicas que generan calor |
| Metalurgia | La adición de polvo de hierro mejora las propiedades mecánicas de los aceros sinterizados |
| Química | Se utiliza como catalizador y fuente de pigmentos |
| Lubricantes | Aditivo de control de la fricción para líquidos de frenos, aceites de transmisión |
| Microondas | Material con pérdidas de hierro para la absorción de ondas electromagnéticas |
De ellos, la pulvimetalurgia y la fabricación de componentes de fricción representan más de 50% del consumo actual de polvo de hierro.
Especificaciones del polvo de hierro
El polvo de hierro se comercializa en varios grados estándar definidos por el tamaño de las partículas, la forma, la densidad y la composición:
Tabla 6: Especificaciones típicas de las calidades de polvo de hierro disponibles
| Atributo | Gama |
|---|---|
| Gama de tamaños (micras) | De 10 a 500 |
| Forma | Esférico, granular, dendrítico |
| Elementos de aleación | Cu: 1-4%, Mo: 0,2-5%, Si: 0,1-6% |
| Densidad aparente (g/cc) | 2-4.5 |
| Densidad del grifo (g/cc) | hasta 6,5 |
| Ensayo mínimo de hierro | 98% |
| Oxígeno máximo | 0.8% |
| Nitrógeno máximo | 0.1% |
| Contenido en humedad | <0,1 peso % |
| Caudales | La cohesión afecta al flujo del polvo por gravedad |
Además, la carburación y el polvo de hierro aislado tienen subconjuntos especiales de especificaciones de grado adaptadas a aplicaciones únicas.
Normas internacionales para el polvo de hierro
El polvo de hierro comercializado en todo el mundo se ajusta a los parámetros de calidad establecidos según las normas industriales:
Tabla 7: Principales normas internacionales sobre la calidad del polvo de hierro
| Estándar | Definición de aspectos clave |
|---|---|
| ISO 4491 | Método para determinar empíricamente los caudales de polvo utilizando un caudalímetro Hall |
| ISO 4490 | Procedimientos de medición de la densidad aparente y de la densidad de toma |
| ISO 4497 | Técnicas de tamizado para determinar la distribución granulométrica |
| ASTM B831M | Métodos de ensayo normalizados para la distribución granulométrica de polvos metálicos mediante tamizado |
| JIS Z 2508 | Norma japonesa que especifica los métodos para determinar las características de compresión y densidad en verde |
| DIN 51733 | Procedimientos de ensayo normalizados alemanes para evaluar las propiedades de fluidez del polvo |
Los fabricantes reputados tienen certificaciones de calidad como ISO 9001, junto con laboratorios totalmente equipados para validar las propiedades químicas, funcionales y físicas durante la producción y para la aceptación del usuario.
Proveedores y precios
Como producto de gran consumo producido por los principales fabricantes de polvo metálico, el precio actual del polvo de hierro oscila entre los 1.000 y los 1.000 euros. $1,5 a $5 por kilogramo basado en:
Cuadro 8: Factores determinantes del precio del polvo de hierro
| Parámetro | Impacto en el precio |
|---|---|
| Proceso de producción | Electrolítico y carbonilo, los más caros |
| Nivel de pureza | A mayor pureza, mayor precio |
| Densidad del polvo | Aumenta con la compresibilidad |
| Tamaño de las partículas | El polvo más fino cuesta más |
| Cantidad de compra | Los pedidos al por mayor ofrecen descuentos |
| Consistencia del producto | Las estrechas tolerancias de distribución añaden costes |
| Elementos de aleación | La mayoría de los grados de aleación tienen un coste adicional |
| Ubicación | El transporte regional y los aranceles afectan |
Cuadro 9: Principales proveedores mundiales y precios típicos de sus polvos de hierro
| Compañía | Formularios de productos | Precios |
|---|---|---|
| Höganäs | Atomizado con agua, prealeado | $1,8-$3,5/kg |
| BASF | Carbonilo, electrolítico, atomizado en agua | $2-$4.8/kg |
| Río Tinto | Agua atomizada, recocida, hidrógeno reducido | $1,7-$3/kg |
| CNPC | Electrolítico, grados de aleación | $1,5-$2,5/kg |
| Acero JFE | Carbonilo, aleado atomizado | $2-$5/kg |
| Sandvik Osprey | Gas atomizado | $3,5-$5/kg |
| AMETEK | Revestimiento fino de acero inoxidable | $5-$7/kg |
Los precios dependen de los volúmenes anuales contratados y de la amplitud de la especificación garantizada. Cuando busque polvo de hierro, dé prioridad a la consistencia de la calidad y a la certificación frente a la mera búsqueda de los precios más bajos.
Pros y contras de Polvo de hierro
Cuadro 10: Comparación entre las ventajas y las limitaciones de los polvos de hierro
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Material y procesamiento económicos | Puede no coincidir con las propiedades de fundición/forjado |
| Fácilmente moldeable en forma de red | Menor resistencia que las aleaciones de acero |
| Gama de permeabilidades magnéticas | Propenso a oxidarse sin acabados protectores |
| Mayor ductilidad que la mayoría de las ferritas | Conformabilidad limitada para la fabricación de chapas |
| Procesamiento de chatarra reciclable | Precauciones necesarias para la manipulación del polvo |
| Uniformidad adaptable mediante procesamiento | Posibilidad de variabilidad de propiedades entre lotes |
Para piezas pequeñas y complejas, como ruedas dentadas y engranajes, la pulvimetalurgia ofrece importantes ventajas económicas, incluso teniendo en cuenta su menor resistencia mecánica. Pero para grandes estructuras, es mejor la fundición tradicional o el tratamiento por deformación del acero.
Preguntas más frecuentes
Q. ¿Cómo se clasifica el polvo de hierro en función del tamaño de las partículas?
El polvo de hierro se clasifica comercialmente por tamaños de malla en:
- Calidades gruesas: por debajo del tamaño de malla 100 (149 micras)
- Grado fino: de 100 a 400 mallas (de 37 a 149 micras)
- Grado ultrafino: más de 400 mallas, por debajo de 37 micras
Q. ¿Qué grados proporcionan el polvo de hierro de mayor pureza?
Los niveles de pureza superiores a 99,5% son posibles con polvo de hierro carbonílico y electrolítico. Los métodos de atomización generan una pureza >98%.
Q. ¿Cuál es la diferencia entre densidad aparente y densidad de toma?
La densidad aparente se refiere al empaquetamiento suelto medido tras una agitación suave, mientras que la densidad de golpeteo es el aumento de compactación conseguido tras golpear mecánicamente el cilindro de medición cargado.
Q. ¿Por qué el caudal es un parámetro importante del polvo de hierro?
Una buena fluidez del polvo garantiza facilidad, consistencia e idoneidad para la automatización de procesos de moldeo de piezas y metalurgia, como el moldeo por inyección de metales, en los que el material tiene que fluir libremente por gravedad hacia las matrices.