Pó de liga de cobre refere-se ao pó feito de uma combinação de cobre e outros elementos de liga para produzir materiais com propriedades especializadas. Esse pó pode ser usado para fabricar peças de alto desempenho por meio de técnicas de metalurgia do pó, como prensagem e sinterização ou manufatura aditiva.
Visão geral do pó de liga de cobre
As ligas de cobre são alguns dos materiais de engenharia mais usados devido à sua excepcional combinação de força, condutividade, resistência à corrosão, usinabilidade e outras propriedades. Ao misturar o cobre com elementos de liga, como zinco, estanho, níquel, silício, alumínio e outros, é possível criar uma ampla gama de misturas com características ajustadas com precisão para aplicações específicas.
A metalurgia do pó utiliza pós finos de liga de cobre que podem ser compactados em peças complexas e sinterizados para uso em setores como automotivo, elétrico, eletrônico, maquinário industrial etc. As rápidas taxas de solidificação durante a atomização do pó permitem a mistura de elementos imiscíveis e a formação de microestruturas exclusivas que não são possíveis com a metalurgia de lingotes.
Alguns dos motivos para a preferência pelo pó de liga de cobre são:
- Excelente controle da composição química em pós mistos
- Refinamento da microestrutura por meio de solidificação rápida
- Capacidade de produzir peças porosas e de densidade controlada
- Processamento mais simples para fabricar formas complexas
- Prevenção da segregação, que é comum durante a fundição de lingotes
- Economia significativa de custos devido à redução de material, energia e mão de obra
A manufatura aditiva avançada utiliza os mais recentes pós metálicos para imprimir em 3D componentes sofisticados com granulometria mais fina e propriedades mecânicas superiores às dos métodos tradicionais.
Tipos de pós de liga de cobre
O cobre pode ser ligado a uma série de elementos para criar materiais adequados para diversas aplicações. Alguns pós comuns incluem:
| Tipo | Composição |
|---|---|
| Latão | Cobre-Zinco (Cu-Zn) |
| Bronze | Cobre-Estanho (Cu-Sn) |
| Cuproníquel | Cobre-Níquel (Cu-Ni) |
| Cobre-ferro | Cobre-ferro (Cu-Fe) |
| Cobre-berílio | Cobre-Berílio (Cu-Be) |
Esses pós básicos podem ser modificados ainda mais com a adição de pequenas quantidades de outros elementos, como cromo, silício, cobalto etc., para melhorar as propriedades. A composição influencia diretamente características como força, resistência à corrosão, resistência ao desgaste, propriedades térmicas, atrito e lubricidade etc. Os fornecedores de pós geralmente desenvolvem ligas personalizadas sob demanda com formulações específicas para cada aplicação.
Características de Pó de liga de cobre
As ligas de cobre apresentam uma combinação atraente de características físicas e químicas que as tornam úteis para peças e componentes industriais. Algumas propriedades dignas de nota são:
| Propriedade | Características |
|---|---|
| Força | As ligas de cobre, como latões e bronzes, podem atingir resistências à tração superiores a 1.200 MPa, muito mais do que o cobre puro |
| Condutividade | Condutividades elétrica e térmica inferiores às do cobre puro, mas consideravelmente superiores às das alternativas ferrosas |
| Resistência à corrosão | Excelente resistência à corrosão em diversos ambientes, desde umidade, ácidos etc., por meio de passivação |
| Usinabilidade | Ligas de cobre de usinagem livre, como o bronze com chumbo, são mais fáceis de usinar do que o aço; a capacidade de quebra de cavacos foi aprimorada |
| Resistência ao desgaste | Composições especiais, como cobre-cobalto e cobre-cromo, desenvolvidas para peças de desgaste com dureza ~ 150 BHN |
| Coeficiente de atrito | O coeficiente de atrito varia de 0,2 para ligas lubrificadas a 1,0 para materiais de alto atrito adaptados para usos específicos |
| Permeabilidade | Permeabilidade magnética relativa de 10 a 10.000 vezes maior que a do aço inoxidável austenítico, dependendo da liga |
A diversidade de características de materiais alcançáveis torna as ligas de cobre adequadas para contatos, estruturas de chumbo, buchas, pontas de solda, usos em vácuo e em altas temperaturas etc., além de peças estruturais.
Aplicações do pó de liga de cobre
A combinação exclusiva de condutividade, resistência à corrosão, propriedades de atrito, usinabilidade etc. apresentada pelas diferentes ligas de cobre permite seu uso em uma ampla gama de esferas industriais:
| Setor | Formulários |
|---|---|
| Automotivo | Buchas, arruelas, pontas de solda, conectores, fixadores, interruptores, relés |
| Elétrica | Tiras de contato, terminais, conectores, estruturas de chumbo, fusíveis, elementos resistores |
| Eletrônicos | Estruturas de chumbo, conectores, peças de gerenciamento térmico, como dissipadores de calor e espalhadores de calor |
| Engenharia | Rolamentos, buchas, engrenagens, peças de desgaste |
| Máquinas industriais | Buchas, pontas de êmbolo, peças de válvulas, componentes de aplicação de pó/toner |
| Médico e odontológico | Implantes para pinos, parafusos e placas devido à biocompatibilidade |
| Militar e defesa | Pinos de disparo, cartuchos de munição, revestimentos de balas |
| Petróleo e gás | Válvulas, bombas, componentes submarinos e de fundo de poço |
A combinação de resistência, ductilidade, desempenho contra desgaste e geometrias complexas torna as ligas de cobre adequadas para peças estruturais pequenas, médias e grandes em diversos setores.
Especificações do pó de liga de cobre
Os pós de ligas de cobre são produzidos de acordo com uma série de especificações internacionais e regionais que definem características como limites de composição, tamanhos de pó e distribuições de partículas, valores de densidade aparente, valores de densidade de toque etc. Alguns dos principais padrões incluem:
| Padrão | Notas | Elementos limitados |
|---|---|---|
| EN ISO 3522 | CuP2, CuP3, CuP4 etc. | Pb, As, Cd, Ni etc. |
| ASTM B177 | CDA Gilding Metal, Bronze CDA 854, C97300 etc. | S, Se, Te, Sb etc. |
| DIN 8513 | MF-CuSn8, MF-CuSn12, MFCuCr1 etc. | S, P etc. |
| GB/T 4337 | HB61, HB62, HB63 etc. | Zn, Ni, Al etc. |
| AWS A5.7 | ERCuNi, ERCuZn-C etc. | S, P, O etc. |
Eles definem os padrões de qualidade, consistência e confiabilidade para o fornecimento de pós. Os limites permitidos ajudam a controlar as impurezas potencialmente prejudiciais.
Tamanhos de pó de liga de cobre
Os pós de liga de cobre mais finos, abaixo de 100 mícrons, facilitam uma maior densificação durante a sinterização para maximizar as propriedades mecânicas nas peças finais. Eles também permitem um melhor acabamento da superfície e detalhes das características. Mas o manuseio se torna difícil. Partículas mais grossas acima de 150 mícrons reduzem os problemas de poeira, mas têm menor densidade sinterizada. Portanto, uma faixa prática é:
| Parâmetro | Faixa de tamanho típica |
|---|---|
| Tamanho máximo de partícula | 150 μm |
| Tamanho mínimo de partícula | 15-20 μm |
| Tamanho médio das partículas | 45-75 μm |
Graus de pó de liga de cobre
Com base na composição e nas características do pó, os pós de liga de cobre são classificados em grupos de grau como:
| Notas | Composições | Aplicativos comuns |
|---|---|---|
| Usinagem gratuita | Latões e bronzes com chumbo, como Cu-Zn-Pb, Cu-Sn-Pb | Peças torneadas que precisam de controle de cavacos |
| Alta condutividade | Cu-Ni, Cu-Fe | Eletrônicos - estruturas de chumbo, conectores etc. |
| Resistência ao desgaste | Cu-Cr, Cu-Co | Rolamentos, buchas, êmbolos |
| Força | Ligas complexas de Cu, como Cu-Ni-Si-Cr | Peças estruturais de alta resistência |
Processo de produção de pó de liga de cobre
As técnicas populares para a produção de pós de liga de cobre para uso industrial incluem:
- Atomização: Fluxo de metal fundido quebrado em gotículas finas que se solidificam rapidamente em pós
- Eletrólise: Produção eletroquímica em que os componentes da liga são co-depositados camada por camada
- Processo de carbonila: Decomposição térmica de vapores de carbonila metálica para produzir partículas finas
Os benefícios desses métodos são pós de morfologia ultrafina, esférica/irregular com química precisa. As misturas prontas para prensagem com lubrificantes também podem ser fornecidas como matéria-prima para processos de modelagem. A alta pureza, a densidade e a fluidez desses pós resultam em componentes sinterizados de alta qualidade.
Fornecedores de pó de liga de cobre
Alguns dos principais produtores globais de pós de cobre e ligas são:
| Empresa | Marcas | Capacidade de produção |
|---|---|---|
| Hoganas | Hoganas | 200.000 toneladas |
| GKN Hoeganaes | Hoeganaes, América do Norte Höganäs | 180.000 toneladas |
| Fabricação de pós metálicos | Makin | 20.000 toneladas |
| Grupo CNPC Powder | CNPC | 100.000 toneladas |
Essas empresas têm recursos de design de ligas para personalizar materiais sob demanda e capacidades de produção para fornecer pequenos volumes de P&D a grandes quantidades comerciais.
Preços de pós de liga de cobre
Os preços variam de acordo com:
| Parâmetro | Efeito sobre o preço |
|---|---|
| Composições | Mais caro com o aumento de elementos de liga como Cr, Be, Co |
| Pureza/qualidade do pó | Classes médicas/dentais de alta pureza mais caras |
| Quantidade do pedido | Descontos para quantidades maiores disponíveis |
| Demanda regional | Os preços na Ásia podem ser 30% mais baixos do que na Europa/EUA |
As faixas de preço típicas são:
| Tipo de liga | Faixa de preço |
|---|---|
| Pós de latão | $15-25 por kg |
| Pós de bronze | $25-45 por kg |
| Cobre-níquel-cromo | $50+ por kg |
O preço também depende dos serviços adicionais que os fornecedores podem oferecer, como classificação de tamanho de partícula, mistura pronta para prensagem e embalagem especial.
Comparação de pós de liga de cobre
Uma análise lado a lado de diferentes ligas de cobre revela:
| Latão | Bronze | Cobre-ferro | Cobre-níquel | |
|---|---|---|---|---|
| Força | Moderado | Alta | Alta | Moderado |
| Condutividade | Alta | Moderado | Muito alto | Alta |
| Resistência à corrosão | Moderado | Moderado | Baixa | Muito alto |
| Resistência ao desgaste | Moderado | Baixa | Baixa | Moderado |
| Custo | Baixa | Moderado | Moderado | Alta |
Assim, a liga de cobre apropriada pode ser selecionada com base nos requisitos críticos de desempenho.
Vantagens dos pós de liga de cobre
Alguns benefícios úteis em relação às ligas em massa são:
- Uniformidade: Sem microssegregação e com microestrutura homogênea
- Propriedades isotrópicas: Diferentemente dos produtos fundidos com anisotropia
- Grãos finos: O resfriamento rápido resulta em grãos muito finos que aumentam a resistência
- Capacidade de trabalho: Fácil conformação em formas complexas e densas
- Personalização: Química personalizável, distribuição de tamanho de partícula conforme necessário
- Produtividade: Produção automatizada e de alto volume com perdas mínimas de sucata
- Qualidade: A consistência de lote para lote excede a variabilidade do item de elenco
Limitações de Pós de liga de cobre
Algumas desvantagens são:
- Custo mais alto do que as ligas em massa
- Tamanhos e formas limitados em comparação com outras formas
- Condutividades térmica e elétrica mais baixas após a compactação
- Pode precisar de atmosfera protetora durante a sinterização
- Possibilidade de crescimento de grãos se sinterizado de forma inadequada
- Manuseio e recipientes especiais necessários para evitar a oxidação