Tungsteno es un metal raro y refractario con un punto de fusión de 3655 K. El tungsteno y sus aleaciones tienen excelentes propiedades, como alta densidad, resistencia a altas temperaturas, alto punto de fusión, buena resistencia al calor y a la corrosión y alta dureza, y se utilizan ampliamente en muchos campos. como la energía atómica, médica, defensa, militar y aeroespacial. En la fabricación, el tungsteno y sus aleaciones a menudo se preparan utilizando procesos tradicionales de pulvimetalurgia, es decir, mediante el conformado, la sinterización y el tratamiento posterior de polvo de tungsteno. La morfología, el tamaño de las partículas y la distribución del tamaño, la fluidez y la densidad aparente del polvo de tungsteno tienen un impacto significativo en el rendimiento del tocho prensado y, por lo tanto, en el rendimiento del producto de tungsteno final. Los polvos de tungsteno esféricos tienen una forma esférica o casi esférica y se caracterizan por una buena fluidez y una alta densidad aparente. Esto facilita el llenado uniforme de la cavidad del molde y el tamaño de la palanquilla se puede controlar fácilmente bajo presión, lo que da como resultado una distribución de densidad uniforme y efectos secundarios elásticos bajos.
Con el rápido desarrollo de la tecnología de impresión 3D, los materiales porosos, el recubrimiento en polvo de alta densidad y el moldeo por inyección, la demanda de polvo de tungsteno esférico de alta calidad está aumentando. El polvo de tungsteno esférico de alta calidad no solo tiene buena fluidez, buena esfericidad, alta densidad de empaque suelto y densidad vibratoria, sino también bajo contenido de oxígeno.
Esferoidización por plasma de polvo de tungsteno
El plasma, con su alta temperatura, alta entalpía y alta reactividad química, satisface la demanda de una fuente de calor para la esferoidización de polvo de tungsteno en el proceso de esferoidización de polvo de tungsteno. La tecnología de esferoidización por plasma consiste en la pulverización de partículas de forma irregular mediante un gas portador a través de una pistola de carga en un arco de plasma. Bajo la acción de los mecanismos de transferencia de calor, como la radiación, la convección y la conducción, el polvo se calienta rápidamente hasta su fusión total o parcial, y las partículas fundidas se solidifican y contraen rápidamente bajo la tensión superficial para formar un polvo esférico denso. Las ventajas del polvo de tungsteno esferoidizado con plasma son la alta concentración de energía, el gran gradiente de temperatura, la capacidad de controlar con precisión la entrada de energía mediante el control de los parámetros del proceso y la utilización de energía térmica de hasta 75%. Después de la esferoidización con plasma, se mejora la fluidez del polvo de tungsteno y aumentan la densidad de empaquetamiento suelto y la densidad vibratoria del polvo. El método más utilizado para la preparación de polvo de tungsteno esférico es el plasma RF, que utiliza la inducción del campo electromagnético RF para producir plasma mediante el calentamiento por inducción de varios gases, con un aumento significativo en la conductividad eléctrica y calentamiento Joule de alta energía bajo la acción del campo eléctrico de inducción alterno. Es una buena manera de preparar polvos de tungsteno esféricos de alta calidad, ya que no solo tiene las características de un plasma normal, sino que también tiene una baja velocidad de plasma de RF, un área de arco larga, una vida útil prolongada de la antorcha de plasma, sin descarga de electrodos, baja contaminación y un rango de potencia de 0,5 kW a 1,0 MW.
Como el consumible más importante para los productos de tungsteno impresos en 3D, el polvo de tungsteno esférico tiene sus ventajas únicas para reemplazar el polvo de tungsteno convencional. Los métodos de halogenación, reoxidación-reducción del polvo de tungsteno tienen una baja tasa de esferificación, bajo rendimiento y El método de cavidad única por microondas para esferoidizar el polvo de tungsteno no es suficiente como fuente de calor, y el polvo se puede convertir en un polvo esférico. El método de microondas de cavidad única para esferoidizar polvo de tungsteno tiene una fuente de calor insuficiente y el rendimiento del polvo de tungsteno producido es inestable y poco consistente.
En la actualidad, el polvo de tungsteno esférico preparado en China todavía sufre de una amplia distribución de tamaño de partícula, bajo rendimiento, poca uniformidad y un alto grado de estabilidad. La investigación y el desarrollo del polvo de tungsteno esférico aún se encuentra en la etapa de desarrollo. La investigación y el desarrollo del polvo de tungsteno esférico aún se encuentra en la etapa de desarrollo, y el proceso de preparación, la tecnología y el procedimiento aún deben estudiarse más a fondo. La investigación y el desarrollo del polvo de tungsteno esférico aún se encuentra en la etapa de desarrollo, y el proceso de preparación, la tecnología y el procedimiento aún necesitan más estudio.
La tecnología de esferoidización por plasma se caracteriza por un alto consumo de energía, un alto consumo de gas, un alto consumo de energía, un gran consumo de gas, una gran inversión en equipos, altos costos operativos, desarrollo de tecnología inmadura y otros problemas. Sin embargo, la alta energía del plasma y la atmósfera de reacción controlable permiten la preparación de otros. La técnica de esferoidización de plasma tiene los problemas de alto consumo de energía, alta inversión en equipos, altos costos operativos y desarrollo de tecnología madura. El polvo de tungsteno esférico preparado tiene buena esfericidad, distribución uniforme del tamaño de partícula, altas densidades y buena fluidez. Todo el proceso de preparación es rápido y continuo. Por lo tanto, la esferoidización con plasma será una alternativa para la preparación de polvo de tungsteno esférico. Por lo tanto, la esferoidización por plasma es una alternativa para la preparación de polvo de tungsteno esférico. En combinación con simulaciones numéricas, los parámetros del proceso pueden optimizarse rápidamente mediante la combinación de simulaciones numéricas. Con la mejora continua de la tecnología de esferoidización por plasma, la reducción de los costes de producción y la optimización de los parámetros del polvo Con la mejora continua de la tecnología de esferonización por plasma, la reducción de los costes de producción y el aumento del rendimiento del polvo, la tecnología de esferonización por plasma desempeñará un papel importante en la producción de polvo de tungsteno. La tecnología de esferoidización de plasma tendrá un futuro brillante en la producción industrial de esferoidización de polvo de tungsteno.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) Why choose spherical tungsten powder over irregular tungsten powder?
- Spherical tungsten powder offers superior flowability, higher apparent/tap density, and more uniform packing—key for LPBF, DED, MIM, and thermal spraying. It improves layer quality, reduces lack‑of‑fusion defects, and enables tighter dimensional control.
2) What particle-size distribution (PSD) works best for AM with tungsten?
- LPBF commonly uses 15–45 μm (or 20–53 μm) cuts; DED prefers 45–90 μm or 75–150 μm. Narrow PSDs improve flow and packing; ultra-fines increase oxygen pickup and spatter.
3) How does RF plasma spheroidization compare to other routes?
- RF plasma yields highly spherical, dense tungsten powder with low contamination and controllable PSD, but at higher energy/gas cost. Alternatives (halogenation, re‑oxidation/reduction, microwave) have lower yields or poorer consistency for AM-grade needs.
4) How critical is oxygen content in tungsten powder?
- Very. Elevated oxygen increases brittleness and can cause porosity and cracking in sintering/AM. For AM-grade tungsten powder, aim for O < 0.05–0.10 wt% depending on application; verify via ASTM E1019.
5) Can spherical tungsten powder be reused in LPBF?
- Yes, with inert handling, sieving, and cycle-by-cycle QA (PSD, flow, O/N/H, density). Many workflows allow 4–8 reuse cycles before blending with virgin powder; establish limits based on oxygen drift and PSD changes.
2025 Industry Trends: Spherical Tungsten Powder
- Cost and energy optimization: Argon/nitrogen recovery systems and torch efficiency mapping cut RF plasma gas/energy use by 20–35% vs 2023 benchmarks.
- Quality stabilization: Inline optical/AI detection of satellites/hollows improves lot consistency; more suppliers publish digital material passports tied to ISO/ASTM 52907.
- Application growth: Higher demand for radiation shielding lattices, high‑heat flux components, and directed energy system parts drives AM-grade tungsten powder adoption.
- Hybrid processing: Water‑atomized W pre-cursor upgraded via RF plasma spheroidization balances cost with AM flow performance.
- Safer operations: Wider adoption of ATEX/DSEAR-compliant powder stations and closed-loop inert handling for dense, high‑Z powders.
2025 KPI Snapshot for Tungsten Powder Routes (indicative AM-grade ranges)
| Métrica | RF Plasma Spheroidized W | Gas Atomized W (where applicable) | Re-oxidation/Reduction + Spheroidize | Microwave Spheroidization |
|---|---|---|---|---|
| Sphericity (aspect ratio) | 0.95–0.98 | 0.90–0.94 | 0.92–0.96 | 0.88–0.93 |
| Oxygen (wt%) | 0.03–0.08 | 0.05–0.12 | 0.05–0.10 | 0.08–0.15 |
| Hall flow (s/50 g) | 15–19 | 18–24 | 17–22 | 20–28 |
| Fine fraction yield (<53 μm) | Moderado | Moderado | Low–Moderate | Bajo |
| Relative cost | Alta | Medium–High | Medio | Medio |
| AM suitability (LPBF/DED) | Excelente | Good (limited suppliers) | Good after tight QA | Variable/lot‑dependent |
References: ISO/ASTM 52907:2023; ASTM B212/B213/B703; ASTM E1019; NIST AM‑Bench datasets; HSE ATEX/DSEAR guidance
Latest Research Cases
Case Study 1: RF Plasma Spheroidization of WA Tungsten for LPBF Heat-Flux Panels (2025)
Background: An aerospace thermal systems supplier needed LPBF-grade tungsten with improved flow and low oxygen for thin-wall, high‑density panels.
Solution: Upgraded water‑atomized W via RF plasma; optimized torch power and carrier gas; tight classification to 20–45 μm; closed-loop inert handling; ISO/ASTM 52907 QA.
Results: Sphericity 0.97; O reduced from 0.11→0.06 wt%; Hall flow 16.8 s/50 g; LPBF density ≥99.5%; leak-tight thin walls achieved with 18% fewer recoater defects; first‑pass yield +15%.
Case Study 2: DED of Spherical W for Radiation Shielding with Binder‑Jet Hybrid Cores (2024)
Background: A med‑tech OEM sought complex tungsten shielding geometries with dense outer skins.
Solution: Produced spherical W (45–90 μm) by RF plasma; printed binder‑jet cores, then DED over‑clad for dense outer layers; stress relief and HIP performed.
Results: Final density 99.6% (outer layer); dimensional shrink variation −30% vs BJ-only; shielding performance +12% vs spec; cycle time −22% relative to full DED builds.
Expert Opinions
- Prof. Rajiv Asthana, Professor of Materials Science, University of Wisconsin–Stout
Viewpoint: “For tungsten powder in AM, oxygen and satellite control are decisive—flow and densification hinge on both, not just PSD.” Source: Academic publications and conference proceedings. - Dr. John Slotwinski, Materials Research Engineer, NIST
Viewpoint: “Digital material passports tied to ISO/ASTM 52907 characterization are improving cross‑site reproducibility for high‑Z powders like tungsten.” Source: NIST AM workshops https://www.nist.gov/ - Dr. Anushree Chatterjee, Director, ASTM International AM Center of Excellence
Viewpoint: “2025 round‑robin efforts are connecting powder metrics to LPBF defect maps in refractory systems, accelerating qualification of spherical tungsten powder.” Source: ASTM AM CoE https://amcoe.astm.org/
Practical Tools/Resources
- ISO/ASTM 52907: Powder characterization for AM
https://www.iso.org/standard/78974.html - ASTM B212/B213/B703 (density/flow) and ASTM E1019 (O/N/H)
https://www.astm.org/ - NIST AM‑Bench: Public datasets for validating AM processes
https://www.nist.gov/ambench - HSE ATEX/DSEAR: Safe handling of reactive/dense metal powders
https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/atex.htm - Senvol Database: Compare machines/materials, including tungsten powders
https://senvol.com/database - Open-source/engineering tools: Thermo‑Calc (phase predictions), pySLM (scan strategy), AdditiveFOAM (thermal/porosity modeling), ImageJ (morphology analysis)
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added targeted FAQs, 2025 KPI table for tungsten powder routes, two recent case studies, expert viewpoints, and a curated tools/resources list with standards links.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major energy/cost breakthroughs in RF plasma lines, or new LPBF parameter sets for tungsten are released by OEMs.
