Polvos de aleaciones metálicas son materiales metálicos finamente divididos producidos por atomización y condensación de aleaciones fundidas. Presentan propiedades únicas y se utilizan en diversos sectores en aplicaciones de pulvimetalurgia, fabricación aditiva y pulverización térmica. Esta completa guía abarca todo lo que necesita saber sobre los polvos de aleaciones metálicas.
Polvos de aleaciones metálicas
Los polvos de aleaciones metálicas se fabrican fundiendo una aleación y convirtiendo el metal fundido en finas gotitas mediante atomización con gas o agua. Las gotitas se solidifican rápidamente en partículas de polvo con una morfología esférica o irregular.
Propiedades clave de los polvos de aleaciones metálicas:
- Alta pureza, homogeneidad y composición consistente
- Distribución controlada del tamaño de las partículas
- Partículas esféricas de gran fluidez
- Química de superficie modificable
- Capacidad para fabricar piezas de alto rendimiento
Los polvos de aleaciones metálicas ofrecen más flexibilidad de diseño y posibilidades de consolidación de piezas que las aleaciones a granel. Se utilizan en diversas aplicaciones:
Aplicaciones de los polvos de aleaciones metálicas
| Solicitud | Descripción |
|---|---|
| Pulvimetalurgia | Compactación de polvo en piezas finales |
| Moldeo por inyección de metales | Mezcla de polvo con aglutinante y moldeo por inyección |
| Fabricación aditiva | Impresión 3D de piezas complejas y ligeras |
| Pulverización térmica | Depósito de revestimientos resistentes al desgaste y la corrosión |
| Soldadura | Material de relleno para unir componentes |
| Electrónica | Formación de conductores, resistencias, inductores |
Las propiedades únicas de los polvos de aleaciones metálicas los hacen idóneos para aplicaciones especializadas en sectores como el aeroespacial, la automoción, el médico y el energético, entre otros.
Tipos de Polvos de aleaciones metálicas
Muchos sistemas de aleación están disponibles comercialmente en forma de polvo. Entre los tipos de aleaciones metálicas en polvo más comunes se incluyen:
Tipos comunes de aleaciones metálicas en polvo
| Tipo de aleación | Aleaciones clave | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Aleaciones de níquel | Inconel, Monel, Hastelloy | Aeroespacial, plantas químicas |
| Aleaciones de cobalto | Stellite, Haynes | Herramientas de corte, biomedicina |
| Aceros para herramientas | H13, M2, M4 | Herramientas de corte, moldes |
| Aceros inoxidables | 316L, 17-4PH, 420 | Implantes, ferretería naval |
| Aleaciones de titanio | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb | Aeroespacial, médica |
| Aleaciones de aluminio | 6061, 7075, 2024 | Automoción, aeroespacial |
| Aleaciones de cobre | Latón, bronce | Contactos eléctricos, rodamientos |
Las aleaciones de níquel, cobalto y titanio son habituales en aplicaciones de alta temperatura. Los aceros inoxidables resisten la corrosión. Los aceros para herramientas y las aleaciones de cobre proporcionan dureza y resistencia al desgaste. Las aleaciones ligeras de aluminio se utilizan para componentes de peso crítico.
Composición de los polvos de aleaciones metálicas
La composición de los polvos de aleaciones metálicas puede personalizarse para conseguir las propiedades requeridas seleccionando los elementos de aleación adecuados. Algunas composiciones típicas son:
Composiciones típicas de los polvos de aleaciones metálicas
| Aleación | Elementos clave de aleación |
|---|---|
| Inconel 718 | Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Ti, Al |
| Acero inoxidable 420 | Fe, Cr, Mn, Si, C |
| Aluminio 6061 | Al, Mg, Si, Cu, Cr |
| Acero para herramientas H13 | Fe, Cr, Mo, V, Si, Mn |
| Bronce | Cu, Sn |
Pueden añadirse pequeñas cantidades de carbono, nitrógeno, boro y otros elementos para adaptar características específicas como la resistencia, la dureza, la ductilidad, la resistencia a la corrosión o el rendimiento a altas temperaturas.
El control preciso de la composición garantiza un rendimiento constante y repetible de las piezas metálicas fabricadas con polvos de aleación.
Propiedades de los polvos de aleaciones metálicas
Propiedades clave de los polvos de aleaciones metálicas que determinan su rendimiento:
Propiedades de los polvos de aleaciones metálicas
| Propiedad | Valores típicos | Significado |
|---|---|---|
| Tamaño de las partículas | 10 - 150 μm | Afecta al flujo, la densidad de empaquetamiento y el acabado superficial |
| Forma de las partículas | Esférica, irregular | Impacta la fluidez, la sinterización |
| Densidad aparente | 2 - 5 g/cc | Influye en la compactación, la contracción |
| Densidad del grifo | 4 - 8 g/cc | Indica la eficacia del envasado |
| Caudal | 5 - 30 s/50g | Medida de la fluidez, afecta al llenado del molde |
| Contenido en oxígeno | 100 - 1000 ppm | Provoca porosidad y fragilidad |
| Contenido en carbono | <1000 ppm | Afecta a las propiedades mecánicas |
El control de las características de las partículas, como la distribución del tamaño, la morfología, la densidad y la química, es fundamental para lograr un rendimiento repetible. La fluidez determina la procesabilidad. Un menor contenido de oxígeno y carbono mejora las propiedades mecánicas.
Características de los polvos de aleaciones metálicas
Además de la composición y las propiedades del polvo, ciertas características físicas y microestructurales determinan la calidad y las capacidades de los polvos de aleaciones metálicas:
Características de los polvos de aleaciones metálicas
| Característica | Descripción | Significado |
|---|---|---|
| Microestructura | Fases FCC, BCC, HCP | Resistencia a los impactos, ductilidad, tenacidad |
| Defectos | Porosidad, inclusiones | Afectan a las propiedades mecánicas |
| Dureza | Gama según la aleación | Resistencia a la deformación |
| Tensiones residuales | De la solidificación rápida | Puede causar distorsión |
| Óxido superficial | Capa fina de óxido | Afecta a la sinterización, resistencia a la corrosión |
| Morfología | Esférico, angular, irregular | Impacta en la densidad, la fluidez |
Las condiciones únicas de solidificación durante la atomización con gas dan lugar a microestructuras finas y homogéneas. La forma esférica del polvo mejora la densidad de empaquetamiento. Un cuidadoso control de los defectos y de la calidad de la superficie garantiza un rendimiento fiable.
Especificaciones de los polvos de aleaciones metálicas
Los polvos de aleaciones metálicas deben cumplir determinadas especificaciones en cuanto a límites de composición, distribución del tamaño de las partículas, densidad aparente, velocidad de flujo y niveles de impurezas basados en las normas aplicables.
Especificaciones del polvo de aleación metálica
| Parámetro | Especificación típica | Estándar |
|---|---|---|
| Tamaño de las partículas | -100/+325 malla | ASTM B214 |
| Densidad aparente | ≥ 2,5 g/cc | ASTM B212 |
| Contenido en oxígeno | ≤ 2000 ppm | AMS 4992 |
| Contenido en nitrógeno | ≤ 150 ppm | AMS 4992 |
| Contenido en carbono | ≤ 750 ppm | AMS 4992 |
| Densidad del grifo | ≥ 4,5 g/cc | MPIF 04 |
| Caudal | ≤ 25 s/50g | ASTM B213 |
Las especificaciones de composición, distribución del tamaño de las partículas, velocidad de flujo, densidad y niveles de impurezas garantizan que el polvo cumpla los requisitos de calidad para las aplicaciones previstas.
Gama de tamaños de los polvos de aleaciones metálicas
Los polvos de aleaciones metálicas se clasifican en diferentes rangos de tamaño en función del tamaño de las partículas o granos:
Aleación metálica Gama de tamaños de polvo
| Tamaños | Tamaño de partícula |
|---|---|
| Ultrafino | <10 μm |
| Fino | 10-25 μm |
| Medio | 25-45 μm |
| Grueso | 45-150 μm |
Los ultrafinos y los nanopolvos presentan una mayor resistencia debido al efecto Hall-Petch, pero pueden resultar difíciles de manipular. Los tamaños fino y medio ofrecen un buen equilibrio de propiedades. Los polvos gruesos son más fluidos.
La gama de tamaños se selecciona en función de los requisitos de la pieza final y de las limitaciones del proceso de fabricación. Los tamaños más pequeños proporcionan una mayor resolución, pero los polvos más gruesos llenan las matrices más rápidamente.
Polvos de aleaciones metálicas
Existen varios tipos de aleaciones metálicas en polvo en función de su composición, distribución granulométrica y método de producción:
Polvos de aleaciones metálicas
| Grado | Descripción | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Estándar | Aleaciones comunes, rentables | Uso general |
| Alta pureza | Poco oxígeno, nitrógeno | Aviación, medicina |
| Grado de vacío | Desgasificado | Porosidad reducida |
| Gas atomizado | Forma esférica | Fabricación aditiva |
| Agua atomizada | Forma irregular | Prensa tradicional y sinterización |
Los grados estándar ofrecen un equilibrio entre propiedades y coste. Los grados de alta pureza minimizan las impurezas para aplicaciones críticas. Los grados de vacío se desgasifican para evitar la porosidad. Los polvos atomizados con gas tienen una morfología superior. Las calidades atomizadas con agua son menos costosas.
Normas mundiales para Polvos de aleaciones metálicas
Principales normas internacionales sobre composición, métodos de ensayo y especificaciones del polvo de aleaciones metálicas:
Normas mundiales para polvos de aleaciones metálicas
| Estándar | Descripción |
|---|---|
| ASTM | Normas americanas sobre procedimientos de ensayo de polvos |
| ISO | Normas internacionales de pulvimetalurgia |
| DIN | Organismo alemán de normalización |
| JIS | Normas japonesas |
| MPIF | Normas de la Federación de Industrias de Polvos Metálicos |
Estas normas permiten la comparación entre diversos productores de polvo de aleaciones metálicas y garantizan que los polvos cumplen los estrictos requisitos de las distintas industrias de todo el mundo.
Aplicaciones y usos de los polvos de aleaciones metálicas
Los polvos de aleaciones metálicas permiten producir piezas de alto rendimiento mediante técnicas de fabricación avanzadas en todos los sectores:
Aplicaciones de los polvos de aleaciones metálicas
| Industria | Solicitud | Aleaciones utilizadas |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Álabes de turbina, perfiles aerodinámicos | Superaleaciones, titanio |
| Automotor | Bielas, engranajes | Aceros para herramientas, aceros inoxidables |
| Médico | Implantes, instrumentos | Cromo cobalto, acero inoxidable, titanio |
| Electrónica | Contactos, conectores | Cobre, plata |
| Industrial | Herramientas de corte, troqueles | Aceros para herramientas, carburo de wolframio |
| Petróleo y gas | Válvulas, componentes de boca de pozo | Aceros inoxidables, Inconel |
Las aleaciones avanzadas de níquel y titanio producen componentes aeroespaciales fuertes y resistentes a la temperatura. Las piezas de la cadena cinemática del automóvil utilizan aceros de alto rendimiento. El cromo-cobalto y el titanio biocompatibles son populares en dispositivos médicos. Los polvos de aleaciones metálicas permiten fabricar piezas electrónicas pequeñas y complejas. Las herramientas industriales se benefician de los aceros y carburos endurecidos para herramientas. Las aleaciones resistentes a la corrosión son idóneas para los equipos de petróleo y gas.
Proveedores de aleaciones metálicas en polvo
Algunos de los principales proveedores mundiales de diversos tipos de polvo de aleaciones metálicas son:
Principales proveedores de aleaciones metálicas en polvo
| Compañía | Productos clave |
|---|---|
| Sandvik | Aceros inoxidables, aceros para herramientas, aleaciones de níquel |
| Praxair | Aleaciones de titanio, níquel y cobalto |
| Carpintero | Aceros para herramientas, aceros inoxidables, aleaciones |
| Höganäs | Aceros para herramientas, aceros inoxidables |
| GKN | Aleaciones de aluminio y titanio |
| Tecnología LPW | Aleaciones de níquel, aceros para herramientas |
Estas empresas fabrican polvos utilizando diversas técnicas de atomización y procesos especializados para controlar las características del polvo, como el tamaño, la forma, la densidad y los niveles de óxido de las partículas.
Análisis de costes de los polvos de aleaciones metálicas
Los precios del polvo de aleaciones metálicas dependen de la composición, los niveles de pureza, la distribución granulométrica y la cantidad del pedido:
Precios de aleaciones metálicas en polvo
| Aleación | Precios |
|---|---|
| Acero inoxidable | $3-12 por libra |
| Acero para herramientas | $6-20 por libra |
| Aleaciones de titanio | $50-200 por libra |
| Aleaciones de níquel | $15-80 por libra |
| Aleaciones de cobalto | $50-250 por libra |
Los aceros inoxidables y los aceros para herramientas son económicos. Las superaleaciones de titanio y níquel son más caras debido a los precios de las materias primas y a las dificultades de transformación. La disponibilidad limitada aumenta los costes de las aleaciones de cobalto. Las calidades de oxígeno reducido son más caras.
Los pedidos de gran volumen reciben descuentos por volumen. Las cantidades pequeñas y las aleaciones personalizadas cuestan más. En general, la pulvimetalurgia supone un importante ahorro de costes en comparación con las aleaciones a granel, ya que reduce los residuos.
Ventajas e inconvenientes de las aleaciones metálicas en polvo
Ventajas de los polvos de aleaciones metálicas:
- Mayor flexibilidad de la aleación en comparación con las aleaciones forjadas
- Capacidad para fabricar piezas complejas con forma de red
- Buenas tolerancias dimensionales y acabado superficial
- Reducción al mínimo del desperdicio de material gracias a la elevada proporción de compra por vuelo
- Menor consumo de energía que la transformación de metales a granel
- Menor tiempo de fabricación en relación con el mecanizado
Limitaciones de los polvos de aleaciones metálicas:
- Mayor coste que las aleaciones forjadas en algunos casos
- Limitación del tamaño máximo de las piezas
- Necesidad de atmósferas controladas durante la transformación
- Menor ductilidad y tenacidad frente a las aleaciones a granel
- Mayor porosidad residual en comparación con las aleaciones fundidas y forjadas
- El reto de manipular ultrafinos y nanopolvos
A pesar de algunas limitaciones, los polvos de aleaciones metálicas ofrecen claras ventajas sobre las aleaciones a granel para la fabricación de componentes personalizados de alto rendimiento que abarcan diversas industrias.
Perspectivas de futuro Polvos de aleaciones metálicas
El futuro parece prometedor para una mayor adopción de los polvos de aleaciones metálicas:
- Los avances en fabricación aditiva con aleaciones exóticas ampliarán las aplicaciones
- Los grados de mayor pureza mejoran las propiedades mecánicas
- Las distribuciones granulométricas más ajustadas permitirán características más finas
- Las técnicas de fabricación más baratas, como el chorro de aglutinante metálico, mejorarán la asequibilidad.
- Aumento de la demanda de los sectores electrónico e industrial más allá del aeroespacial
- Aleaciones de aluminio y titanio de alta resistencia para aligerar el peso
- Nuevas composiciones de aleaciones con propiedades eléctricas, magnéticas o térmicas especiales
- Continuará la consolidación entre los principales proveedores de polvo
Gracias a la ampliación de sus capacidades, la reducción de los costes y las nuevas aleaciones avanzadas, los polvos de aleaciones metálicas están preparados para un sólido crecimiento a largo plazo en múltiples sectores.
Polvos de aleaciones metálicas - Preguntas frecuentes
P: ¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar polvos de aleaciones metálicas?
R: Los polvos de aleaciones metálicas ofrecen ventajas como la flexibilidad en las composiciones, la capacidad de fabricar piezas de formas netas complejas, buenas tolerancias dimensionales y acabados superficiales, una elevada relación compra-voladura que se traduce en menos residuos, un menor consumo de energía y un tiempo de fabricación más corto en relación con el mecanizado.
P: ¿Qué industrias utilizan más los polvos de aleaciones metálicas?
R: Los sectores aeroespacial, médico, automovilístico, del petróleo y el gas e industrial son los principales consumidores de polvos de aleaciones metálicas para la fabricación de componentes críticos. La industria electrónica también depende de los polvos metálicos para contactos, conectores y microcomponentes.
P: ¿Cómo se fabrican los polvos de aleaciones metálicas?
R: Los polvos de aleaciones metálicas se producen por atomización de aleaciones fundidas mediante gas o agua. La corriente fundida se rompe en finas gotitas que se solidifican en partículas de polvo con tamaños y morfología controlados.
P: ¿Cuál es la gama de tamaños típica de los polvos de aleaciones metálicas?
R: Los rangos de tamaño habituales son 10-25 micras para polvos finos, 25-45 micras para polvos medios y 45-150 micras para polvos gruesos. En algunos casos también se producen polvos ultrafinos de menos de 10 micras y nanopolvos de menos de 1 micra.
P: ¿Cuál es la aleación metálica en polvo más utilizada?
R: El acero inoxidable es el sistema de aleación más utilizado en pulvimetalurgia debido a su buena resistencia a la corrosión, sus adecuadas propiedades mecánicas y su coste relativamente bajo. El 316L y el 17-4PH son grados populares para muchas aplicaciones.
P: ¿Pueden convertirse en polvo las aleaciones metálicas difíciles de mecanizar?
R: Sí, una de las principales ventajas de los polvos metálicos es la capacidad de producir formas complejas en aleaciones como superaleaciones, aleaciones de titanio y aceros para herramientas que suelen ser muy difíciles de mecanizar.
P: ¿Qué métodos se utilizan para fabricar piezas a partir de polvos de aleaciones metálicas?
R: Las principales técnicas de fabricación son la compactación del polvo en una matriz seguida de la sinterización, el moldeo por inyección de metal y métodos de fabricación aditiva como el chorro de aglutinante, la fusión del lecho de polvo con láser y la fusión por haz de electrones.
P: ¿Cómo se controlan y garantizan las propiedades de los polvos de aleaciones metálicas?
R: Las propiedades se controlan mediante un seguimiento estricto de la composición, la distribución del tamaño de las partículas, la morfología del polvo, la densidad, las características de flujo, la microestructura y los niveles de contaminantes en función de las normas aplicables para cada sistema de aleación y los requisitos de uso final.
P: ¿Pueden reciclarse los polvos de aleaciones metálicas?
R: Sí, el polvo no utilizado puede recuperarse y reutilizarse en muchos casos. Algunos polvos que contienen elementos peligrosos requieren un reciclaje especializado para recuperar los metales de forma segura.