Polvos esféricos se refiere a materiales en polvo con una morfología de partículas esféricas producidas mediante procesos de fabricación avanzados. Esta guía cubre las propiedades, métodos de producción, aplicaciones, especificaciones, ventajas y proveedores de polvos esféricos en todas las industrias.
Polvos esféricos
Los polvos esféricos contienen pequeñas partículas de forma esférica que aportan ventajas frente a las formas de polvo irregulares:
- Mayor fluidez y densidad de empaquetamiento
- Reducción de los huecos internos y la porosidad
- Distribución uniforme del tamaño de las partículas
- Acabado más liso en las piezas sinterizadas finales
- Mayor dispersabilidad en fluidos
La morfología esférica es ventajosa para los polvos metálicos utilizados en la fabricación aditiva, la pulvimetalurgia, la pulverización térmica, el moldeo por inyección de metales y otras aplicaciones basadas en polvos.
Métodos de producción de polvos esféricos
Los procesos habituales para fabricar polvos esféricos incluyen:
- Atomización de gases - El chorro de gas inerte a alta presión funde y desintegra la corriente de metal en finas gotitas que se solidifican en polvo esférico.
- Atomización por plasma - El metal se funde con un soplete de plasma y se atomiza con gas inerte en partículas esféricas.
- Fusión por inducción de electrodos - La barra metálica se funde por inducción y las fuerzas centrífugas forman gotas que se solidifican en polvo esférico.
- Métodos químicos - Las reacciones de precipitación química controlada producen partículas esféricas a partir de sales metálicas.
La atomización con gas y el control de los parámetros del proceso permiten obtener de manera uniforme la distribución de tamaño de polvo y la morfología esférica deseadas. El proceso de plasma permite la esfericidad de aleaciones reactivas como el titanio y los aluminuros de titanio.
Aplicaciones de los polvos esféricos
| Industria | Aplicaciones |
|---|---|
| Fabricación aditiva | Impresión 3D de metales como acero inoxidable, titanio y aleaciones de níquel |
| Pulvimetalurgia | Fabricación de piezas ferrosas y no ferrosas de P/M |
| Moldeo por inyección de metales | Producción de piezas pequeñas y complejas con buenas prestaciones |
| Rociado térmico | Revestimientos resistentes al desgaste y la corrosión |
| Electrónica | Pastas conductoras y películas gruesas |
| Cerámica | Materiales precursores uniformes para cerámica |
| Productos farmacéuticos | Partículas de fármaco con flujo y dispersabilidad mejorados |
Ventajas de la morfología esférica:
- Mayores densidades de empaquetado para piezas de P/M sinterizadas
- Menor rugosidad superficial de los componentes acabados
- Reducción de la porosidad en la fabricación aditiva
- Fluidez mejorada para el moldeo por inyección
- Espesor y cobertura uniformes para revestimientos de proyección térmica
Especificaciones de los polvos esféricos
Los polvos esféricos se caracterizan por parámetros como:
| Parámetro | Valores típicos |
|---|---|
| Materiales | Metales, aleaciones, cerámica, materiales compuestos |
| Tamaño de las partículas | 1 - 150 micras |
| Forma de las partículas | Esfericidad > 0,9 |
| Distribución por tamaños | Controlado en función de la aplicación |
| Caudal | 25 - 35 s/50g |
| Densidad aparente | Hasta 60% de densidad teórica |
| Contenido de óxido | < 300 ppm para metales reactivos |
| Rugosidad de la superficie | < 1,5 μm |
| Porosidad | < 5% para polvo esférico frente a 20% para polvo irregular |
Los polvos se personalizan en función de la distribución de tamaños, la composición y el método de aplicación.
Proveedores de polvos esféricos
Algunos de los principales proveedores mundiales de polvos esféricos son:
| Compañía | Materiales en polvo |
|---|---|
| Sandvik Osprey | Aleaciones de titanio, níquel y cobalto |
| TLS Técnica | Titanio, aceros para herramientas, cobre |
| Höganäs | Hierro, aceros inoxidables |
| Praxair | Titanio, tungsteno, tántalo |
| Aditivo para carpinteros | Cobalto Cromo, Inconel, Aceros inoxidables |
| Tecnología LPW | Titanio, aluminio, magnesio |
Los proveedores invierten en tecnología de atomización con gas y plasma para producir polvos esféricos de alta calidad. Se ofrecen servicios de personalización.
Ventajas del uso de polvos esféricos
Algunas ventajas clave del uso de polvos esféricos:
- Mejora de la densidad y reducción de la porosidad en las piezas sinterizadas
- Permite geometrías complejas gracias a un mejor flujo del polvo en el moldeo por inyección
- Menor rugosidad de la superficie al reducirse el entrelazamiento de las partículas
- Composición y microestructura uniformes
- Gama más amplia de tamaños de partícula alcanzables
- Mayor reciclabilidad y reutilización del polvo
La morfología esférica mejora la fabricabilidad, las propiedades y el rendimiento de las aplicaciones basadas en polvo.
Retos de los polvos esféricos
Algunos retos asociados a los polvos esféricos:
- Costes de producción elevados en comparación con el polvo irregular atomizado con gas
- Capacidad limitada para producir grandes volúmenes
- Limitado a los tamaños de partícula más pequeños
- Se requiere una manipulación especial para evitar daños en las partículas
- Riesgo de oxidación para materiales reactivos sin atmósfera inerte
- Requiere métodos avanzados de caracterización y ensayo
Comparación de costes con los polvos irregulares
| Tipo de polvo | Coste por Kg |
|---|---|
| Aleación de níquel irregular | $30-60 |
| Aleación esférica de níquel | $45-90 |
| Aleación de titanio irregular | $80-150 |
| Aleación esférica de titanio | $120-220 |
Mayor coste debido a su fabricación especializada, pero sus propiedades mejoradas justifican su uso cuando el rendimiento es crítico.
preguntas frecuentes
P: ¿Qué es la esfericidad del polvo y cómo se mide?
R: La esfericidad indica lo cerca que está la partícula de una esfera perfecta. Se mide utilizando software de análisis de imágenes y factores cuantitativos de forma.
P: ¿Cuál es la ventaja de la esfericidad en el polvo metálico?
R: El polvo esférico mejora la fluidez, la densidad de empaquetamiento, la microestructura y propiedades como la resistencia a la tracción y a la fatiga en piezas sinterizadas y AM.
P: ¿Qué tamaño pueden tener los polvos esféricos?
R: Los métodos avanzados de atomización con gas pueden producir polvos esféricos hasta la escala nanométrica de 1-100 nm de tamaño. Pero los tamaños medios suelen superar las 10 micras.
P: ¿Qué industrias utilizan más los polvos esféricos?
R: La fabricación aditiva y la pulvimetalurgia son los mayores consumidores de polvos esféricos debido a las importantes ventajas que ofrecen.
P: ¿Cuáles son las limitaciones de los polvos esféricos?
R: El elevado coste, los volúmenes de producción más reducidos, los riesgos de oxidación en la manipulación y los rangos de tamaño limitados restringen la aplicabilidad. El polvo irregular sigue siendo el más utilizado.
P: ¿Cómo se diferencian los polvos esféricos de los no esféricos?
R: Cuantitativamente utilizando factores de forma medidos por software como circularidad, redondez y relación de aspecto. También se utilizan descriptores de forma cualitativos como esférico, irregular, dendrítico, palomitas de maíz.
P: ¿Existen riesgos para la salud asociados a los polvos esféricos?
R: Sí, existen riesgos de inhalación como con cualquier polvo fino. Deben utilizarse controles técnicos, ventilación y EPI adecuados para una manipulación segura.
Conclusión
Los polvos esféricos ofrecen ventajas significativas sobre los polvos irregulares para métodos de fabricación como la fabricación aditiva de metales y el moldeo por inyección. Esta guía cubre los métodos de producción de polvo esférico, las aplicaciones clave en distintos sectores, las especificaciones, las ventajas en cuanto a propiedades y rendimiento de las piezas, la comparación de costes y el panorama de proveedores. El futuro parece prometedor para la creciente adopción de polvos esféricos en aplicaciones críticas.