Pó de ligas de estanho refere-se a formas de metalurgia do pó de estanho combinadas com outros elementos metálicos para produzir ligas com propriedades aprimoradas. O estanho é um metal macio, branco-prateado, muito leve e fácil de derreter, o que o torna adequado para aplicações de ligas. Quando processadas em um pó fino e compactadas em peças, as ligas de estanho podem oferecer vantagens como controle dimensional preciso, composição uniforme e a capacidade de criar geometrias de componentes mais complexas.
Visão geral de Ligas de estanho em pó
Os pós de liga de estanho oferecem vantagens exclusivas para a fabricação de componentes e produtos industriais em que são necessárias propriedades específicas do material. Os principais detalhes incluem:
- Disponível como pós pré-ligados com composição uniforme ou misturas de elementos
- Gama de elementos de liga como cobre, antimônio, prata, bismuto, zinco, chumbo
- Tamanhos de partículas de menos de 10 mícrons a mais de 150 mícrons
- Morfologias de partículas esféricas, irregulares ou mistas
- Pó solto ou pré-formas consolidadas para sinterização
- Produzido por atomização, eletrólise, processo de carbonila
- Propriedades otimizadas com o ajuste da composição e das características do pó
- Sinterizado em peças de forma líquida por meio de compactação e aquecimento a frio/quente
- Oferece precisão dimensional, estabilidade, pureza do material e economia de custos
Tabela 1. Tipos e composições de pós comuns de liga de estanho
| Tipo de liga | Composição típica |
|---|---|
| Estanho-cobre | 90Sn/10Cu, 80Sn/20Cu |
| Antimônio de estanho | 95Sn/5Sb, 90Sn/10Sb |
| Estanho-prata | 96,5Sn/3,5Ag |
| Estanho-Bismuto | 58Sn/42Bi (eutético) |
| Estanho-Zinco | 90Sn/10Zn |
| Estanho-Chumbo | 60Sn/40Pb (eutético) |
Tabela 2. Propriedades e características dos pós de liga de estanho
| Propriedade | Descrição |
|---|---|
| Forma da partícula | Esférico, irregular ou misto |
| Distribuição do tamanho das partículas | Normalmente, de 10 a 150 mícrons |
| Densidade da torneira | Varia de acordo com a composição (2-5 g/cc) |
| Taxa de fluxo | Geralmente bom devido ao formato esférico |
| Compressibilidade | Moderado com base na ductilidade da liga |
| Resposta de sinterização | Excelente, atinge 90-95% de densidade forjada |
| Propriedades mecânicas | Módulo, resistência e ductilidade definidos pela composição |
| Propriedades térmicas | Ponto de fusão reduzido em relação ao estanho puro (232°C) por teor de liga |
| Propriedades elétricas | A liga ajusta a condutividade do estanho puro |
Tabela 3. Aplicações e usos de peças em pó de liga de estanho
| Setor | Formulários |
|---|---|
| Automotivo | Buchas, arruelas, limpadores de para-brisa, conectores |
| Eletrônicos | Blindagem, contatos, terminais, soldas |
| Industrial | Rolamentos, engrenagens, vedações, fixadores, espaçadores |
| Consumidor | Talheres, zíperes, embalagens, cosméticos |
Tabela 4. Especificações e graus dos pós de liga de estanho
| Nota padrão | Composição |
|---|---|
| Cu90/10 | 90% estanho, 10% cobre |
| Cu80/20 | Estanho 80%, cobre 20% |
| Sb5 | 95% estanho, 5% antimônio |
| Sb10 | 90% estanho, 10% antimônio |
| Ag3.5 | 96,5% de estanho, 3,5% de prata |
| Zn90/10 | 90% estanho, 10% zinco |
Tabela 5. Fornecedores e preços
| Fornecedor | Preços |
|---|---|
| Metais Belmont | $15-25/lb |
| Metal Powder Company | $10-35/lb |
| Produtos de metal da SCM | $12-30/lb |
| Produtos químicos avançados | $18-40/lb |
O preço varia de acordo com a composição da liga, as características das partículas, o volume do pedido e os requisitos de pureza.
Tabela 6. Comparação dos pós de liga de estanho
| Parâmetro | Pó solto | Pré-forma compactada a quente |
|---|---|---|
| Custo | Inferior | Mais alto |
| Prazo de entrega | Mais curto | Mais longo |
| Personalização | Menos flexível | Mais personalizável |
| Processamento | Requer estágio de sinterização | Diretamente sinterizável |
| Propriedades | Variável entre as peças | Consistente no desempenho |
| Formulários | Geometrias de peças simples | Formas complexas, usos premium |
Vantagens de Pó de liga de estanho Peças:
- Precisão e estabilidade dimensional
- Uniformidade de composição em grandes volumes
- É possível obter geometrias complexas
- Forma de rede próxima para minimizar a usinagem
- Sinterização simultânea de conjuntos
- Propriedades mecânicas aprimoradas
- Alta taxa de produção e menor custo
- Pureza da metalurgia do pó em composições difíceis
Limitações das peças em pó de liga de estanho:
- Custo mais alto para pó pré-ligado
- Processo de fabricação em vários estágios
- Tamanho máximo da peça restrito pelas prensas
- Menor ductilidade em comparação com as ligas fundidas
- Quantidades mínimas de pedido maiores
- Base de fornecedores limitada para ligas especiais
Opções de composição para pó de liga de estanho
Há uma grande variedade de metais ligados ao estanho para melhorar propriedades específicas, como força, dureza, usinabilidade, ponto de fusão ou resistência à corrosão, quando comparados ao pó de estanho puro.
Liga com cobre
O cobre é um dos elementos de liga mais comuns para o pó de estanho até a adição 20%. Os benefícios incluem:
- Aumenta significativamente a resistência e a dureza
- Melhora as propriedades térmicas
- Aumenta a resistência à corrosão
- Cor dourada semelhante ao bronze para aplicações decorativas
- As ligas da família do latão imitam as propriedades dos materiais forjados
Melhor equilíbrio entre resistência, ductilidade e custo com adição de cobre 10% como a classe Cu90/10.
Liga com antimônio
Adições de antimônio de até 10% são usadas para:
- Melhorar as propriedades mecânicas
- Aumento da dureza para resistência ao desgaste
- Mantém a resistência em serviços com temperaturas mais altas
- Fornecer suporte para a geometria da peça sem distorção
O antimônio também atua como agente de refino de grãos para gerar acabamentos mais suaves.
Liga com prata
Um teor de prata de 3-3,5% proporciona excelentes benefícios:
- Aumento drástico do alongamento e da energia de impacto
- Melhoria substancial da resistência à fadiga
- Usinabilidade e vida útil da ferramenta aprimoradas
- Suprime problemas de pragas de estanho no material
O equilíbrio entre alta ductilidade e resistência faz com que o Ag3.5 seja comumente usado.
Liga com bismuto
O bismuto é ligado ao estanho em uma ampla faixa até 55% para dar origem a ele:
- Substituição elementar de ligas de chumbo mais tóxicas
- Propriedades autolubrificantes
- Baixos pontos de fusão
- Estabilidade dimensional
- Aplicações de união de metais como ligas fusíveis
- Capacidade de solda com baixo ponto de fusão
O bismuto 42% é de grau eutético para o ponto de fusão mais baixo.
Liga com zinco
O zinco em níveis de adição em torno de 5-10% oferece as vantagens de:
- Maior dureza e resistência à tração
- Propriedades de rolamento aprimoradas
- Melhor resistência à corrosão
- Coloração branca mais brilhante para peças decorativas
- Custo mais baixo do que outros elementos de liga
O zinco também controla o tamanho do grão para obter propriedades mecânicas mais consistentes.
Liga com chumbo
Embora sua toxicidade esteja sendo reduzida, o chumbo ainda é usado como liga com o estanho, principalmente para:
- Usinabilidade e autolubrificação aprimoradas
- Temperaturas de fusão mais baixas
- Propriedades de amortecimento de vibração
- Aplicações de alta densidade, como lastros e pesos
O chumbo 40% é a composição eutética para ligas de ponto de fusão mínimo.
Comparação de processos de produção
Há vários métodos comerciais usados para fabricar pó de liga de estanho com diferentes flexibilidade de composição, qualidade do pó e considerações de custo.
Tabela 7. Comparação do processo de produção
| Método | Descrição | Produtos típicos |
|---|---|---|
| Atomização | Fluxo fundido atingido por água ou gás | Pós esféricos pré-ligados |
| Eletrólise | Refinamento eletroquímico a partir do minério | Pós ricos em cobre, irregulares |
| Carbonila | Decomposição térmica de carbonilas | Níquel, ligas de ferro, pequenos lotes |
Atomização é o processo mais comum que permite a produção de alto volume de pós de liga consistentemente esféricos, preferidos para prensagem e sinterização. Esse método flexível pode produzir composições pré-ligadas adaptadas aos requisitos da aplicação.
Eletrólise é usado principalmente para ligas que contêm cobre, nas quais as fontes de minério bruto são refinadas em forma de pó. Ele tem custos mais baixos, mas menos controle sobre a forma do pó e a distribuição do tamanho.
Processo de carbonila decompõe compostos metálicos em pós ultrafinos e altamente puros. Esse método permite ligas exclusivas em lotes menores. Os custos são mais altos devido à necessidade de atmosferas mais controladas.
Aplicativos e mercados
A combinação de economia de custos, flexibilidade de design e aprimoramentos de propriedades torna os produtos em pó de liga de estanho populares em diversos mercados comerciais e de consumo:
Automotivo Buchas, arruelas, molas e outros componentes de motor/transmissão em metal em pó permitem que componentes econômicos e de alta produção atinjam critérios de leveza e desempenho.
Contatos elétricos Conectores, relés, terminais e outros componentes condutores utilizam ligas de estanho sob medida e adições de cobre para equilibrar a condutividade, a dureza e a resistência à corrosão necessárias.
Componentes industriais Os rolamentos de bronze-estanho oferecem autolubrificação sem óleo. As ligas de estanho-prata aumentam a durabilidade de fixadores, engrenagens e buchas que precisam resistir ao desgaste, à escoriação e a condições de alta temperatura.
Ligas de união As ligas fusíveis de baixo ponto de fusão compostas de estanho-bismuto ou estanho-chumbo permitem a produção rápida de juntas de solda e aplicações de liberação de molde a um custo relativamente baixo.
Produtos de consumo A economia de custos combinada com a capacidade de produzir formas complexas torna o pó de liga de estanho ideal para talheres, ferramentas manuais, elementos de zíper, estojos de cosméticos, caixas de eletrônicos e cápsulas de bebidas.
Diretrizes de design de peças
Para aproveitar melhor os benefícios das ligas de estanho em pó, os componentes projetados devem aplicar essas diretrizes de design de peças:
- Use designs próximos à forma de rede com necessidade mínima de usinagem
- Manter espessuras de parede uniformes sempre que possível
- Inclui ângulos de inclinação para facilitar o preenchimento da matriz
- Eliminar recursos decorativos desnecessários
- Restringir os requisitos de tolerância aos recursos
- Projetar conjuntos de intertravamento para colagem de sinterização
- Considere as operações secundárias, como cunhagem, piquetagem
Seguir os princípios de projeto da metalurgia do pó permite que formas complexas e de alto desempenho sejam produzidas de forma econômica.
Perspectiva futura
Tendências atuais que influenciam a demanda por pó de liga de estanho:
Leveza automotiva A substituição de componentes de zinco e alumínio fundidos por ligas de estanho em pó de maior resistência permite uma redução adicional do peso do veículo e ganhos de eficiência de combustível.
Eletrônica de alta temperatura O desenvolvimento de contatos elétricos termicamente estáveis baseados em cobre-estanho e níquel-estanho está possibilitando tecnologias como veículos elétricos, aviônicos e sistemas de lançamento.
Regulamentações ambientais As composições de ligas de estanho estão se afastando das adições tóxicas de chumbo em favor do bismuto e do zinco para uma funcionalidade equivalente.
impressao 3D O jato de aglutinante e outras técnicas aditivas podem aproveitar pós de liga de estanho de baixo custo para novas geometrias e iteração rápida de peças.
Cadeia de suprimentos global A disponibilidade ampliada de suprimentos sustentáveis de minério de estanho, juntamente com a produção localizada de pó de liga, está acelerando a adoção.
perguntas frequentes
Quais são as composições mais comuns de pó de liga de estanho?
As ligas de estanho produzidas nos maiores volumes são de cobre a 10%, antimônio a 5%, prata a 3,5% e zinco a 10%. Essas ligas equilibram o custo e melhoram as propriedades específicas.
Que faixa de tamanho de partícula é típica para aplicações de prensagem?
Uma faixa de tamanho de partícula entre 45 mícrons e 105 mícrons proporciona densidade de empacotamento, acabamento de superfície e características de fluxo ideais durante a compactação da matriz.
O que causa alterações dimensionais durante a sinterização de pó de liga de estanho?
A retração do 10-20% é frequentemente observada devido à densificação do material e à remoção de lubrificantes. As adições de liga e o processamento podem ajudar a controlar os efeitos.
Por que a produção de pó de algumas ligas de estanho é preferível aos métodos de forja ou fundição?
Certas composições, como Cu-Sn, são imiscíveis na solidificação normal do lingote. A produção de pós permite que essas ligas sejam criadas de maneira uniforme.
Como as peças de estanho em pó são consolidadas antes da sinterização?
A compactação a frio usando prensas de até 2.000 toneladas forma pré-formas verdes próximas às dimensões finais. Aglutinantes, lubrificantes e tempo aumentam a densificação durante a prensagem.
Quais operações de pós-produção são comumente usadas em ligas de estanho em pó?
A infiltração é usada para aumentar a densidade. A cunhagem vai além da densidade do 90%. A usinagem, a perfuração e o rosqueamento proporcionam a precisão final da fabricação. O revestimento melhora a resistência à corrosão ou ao desgaste.
Quais são os efeitos da composição da liga no processo de sinterização?
O maior teor de liga reduz a temperatura líquida, aumentando a sinterização da fase líquida. Metais mais difusíveis, como o cobre, melhoram a cinética e a densificação da sinterização em estado sólido.
Quais composições de pó de liga de estanho oferecem a melhor combinação de resistência e ductilidade?
Pequenas adições de cobre a 10%, juntamente com prata a 3%, criam o melhor equilíbrio de resistência à tração acima de 45 ksi e alongamentos de 18-25% em ligas de estanho em pó.