Como fazer pó metálico

Introdução

Pós metálicos são partículas de metal finamente divididas que são usadas em uma variedade de processos de fabricação. Os pós metálicos podem ser feitos de vários metais, como ferro, alumínio, cobre, níquel e outros. Eles têm ampla aplicação em muitos setores, incluindo automotivo, aeroespacial, eletrônico, químico, farmacêutico e outros. Este guia abrangente o guiará pelos diferentes métodos usados para produzir pós metálicos, juntamente com seus princípios e aplicações.

Métodos de produção de pós metálicos

Há várias técnicas usadas para a produção de pós metálicos que podem ser classificadas em métodos mecânicos, físicos e químicos. Cada método tem seus próprios princípios, requisitos de equipamento e resulta em pós com características diferentes. Os métodos comuns usados para a produção de pós metálicos incluem:

Métodos mecânicos

Fresagem

A moagem envolve a quebra mecânica do metal em uma forma de pó. O material inicial geralmente está na forma de partículas grossas ou sucatas que são moídas em moinhos de bolas, moinhos de martelos ou moinhos a jato. Na moagem de bolas, as partículas são quebradas por bolas de moagem que caem dentro do moinho. Os moinhos de martelo usam martelos ou lâminas para esmagar o metal. Os moinhos a jato micronizam as partículas fazendo-as colidir em altas velocidades. A moagem produz pós com formas irregulares e ampla distribuição de tamanho de partículas. É simples e econômico, mas não permite o controle preciso das características do pó.

Atomização

A atomização é um método de produção de pó metálico que envolve forçar o metal fundido por meio de uma pequena abertura em um bocal ou orifício. O metal emerge como um spray de gotículas finas que se solidificam em partículas de pó. Com base no método de desintegração, a atomização pode ser classificada em atomização por gás, água, plasma, centrífuga e ultrassônica. A atomização a gás e a água são os tipos mais comuns. Esse método produz pós esféricos com tamanhos precisos de partículas. No entanto, requer equipamento especializado e alto consumo de energia.

Eletrodeposição

Também conhecida como galvanoplastia, a eletrodeposição produz pó metálico ao depositar eletroliticamente íons metálicos em um cátodo a partir de uma solução eletrolítica. A camada depositada é removida e moída em um pó. Esse método permite o controle do tamanho e da forma das partículas. Mas os pós têm baixa densidade aparente e as taxas de produção são lentas. Ele é usado para produzir pós de metais como cobre, ferro, cobalto etc.

Métodos físicos

Evaporação

As técnicas de evaporação, como a evaporação a vácuo, produzem vapores metálicos que são condensados em pós metálicos finos. O metal é aquecido até evaporar em uma câmara de vácuo e, em seguida, condensa-se em superfícies frias para formar um pó. Esse método pode produzir pós esféricos com distribuição de tamanho de partícula controlada. Entretanto, requer equipamento especializado e não é adequado para metais com altos pontos de fusão.

Sputtering

A pulverização catódica usa energia de plasma para ejetar átomos de um alvo de metal sólido. Os átomos ejetados são depositados como um filme fino e raspados para formar pós. Isso permite o controle do tamanho, da morfologia e da composição das partículas. Mas a taxa de produção é muito lenta e inadequada para a fabricação em larga escala. Esse método é usado principalmente para produzir pós ultrafinos e nanopós.

Métodos químicos

Redução

A redução envolve a conversão de sais ou óxidos metálicos em pó metálico usando agentes redutores como hidrogênio, carbono, monóxido de carbono etc. Por exemplo, o óxido de ferro pode ser reduzido pelo hidrogênio para produzir pó de ferro. Esse método versátil pode produzir pós de vários metais. Os pós têm alta pureza, mas apresentam formas irregulares e ampla distribuição de tamanho de partícula.

Eletrólise

A eletrólise usa células eletrolíticas para produzir pós metálicos a partir de soluções que contêm seus íons. O pó é depositado no cátodo enquanto o ânodo se dissolve para repor os íons metálicos na solução. Esse método permite o controle das características das partículas e é usado para produzir pós de alumínio, cromo, titânio e magnésio. No entanto, é um processo caro com taxas de produção lentas.

Síntese autopropagada de alta temperatura (SHS)

O SHS envolve uma reação exotérmica entre óxidos metálicos e agentes redutores para produzir pós metálicos. O calor gerado pela reação sustenta e propaga o processo de conversão química. O óxido de ferro e o alumínio são matérias-primas comumente usadas nas reações de SHS. É um método simples e econômico, mas requer equipamento de reação especializado e controle de processo.

Metais comumente usados na fabricação de pós

Alguns dos metais básicos comumente usados para a fabricação de pós incluem:

• Ferro: Os pós de ferro são um dos pós ferrosos mais amplamente utilizados. Eles são produzidos a partir de minério de ferro reduzido e encontram aplicações na metalurgia do pó, na fabricação de autopeças, ímãs, ferramentas de corte e tintas magnéticas.
• Alumínio: Os pós de alumínio têm alta condutividade térmica/elétrica e são usados em reações de termite, fabricação de aditivos, peças automotivas, tintas, pirotecnia etc. Eles são produzidos por atomização de alumínio fundido.
• Cobre: Os pós de cobre têm excelente condutividade térmica e elétrica. Eles são fabricados por eletrólise, atomização ou métodos de redução e usados na fabricação de componentes eletrônicos, fios de enrolamento, materiais de fricção, hastes de solda etc.
• Níquel: Os pós de níquel têm resistência à corrosão, dureza e propriedades ferromagnéticas. São produzidos por decomposição de carbonila, eletrólise ou redução e usados na fabricação de ligas de aço, baterias, catalisadores, tintas condutoras etc.
• Estanho: Os pós de estanho são utilizados como materiais de revestimento, em soldas, rolamentos e na fabricação de produtos químicos. Eles são produzidos por atomização ou eletrodeposição a partir de soluções de estanho.
• Tungstênio: Os pós de tungstênio têm alta densidade, resistência e ponto de fusão. Eles são fabricados por redução de hidrogênio e usados na fabricação de fios de tungstênio, elementos de aquecimento e revestimentos resistentes ao desgaste.
• Prata: Os pós de prata têm alta condutividade elétrica e térmica. Eles são produzidos por eletrólise e usados em soldas, ligas de brasagem, revestimentos condutores e contatos fotovoltaicos.
• Ouro: Os pós de ouro são quimicamente estáveis e condutores de eletricidade. Eles são produzidos por meio de métodos eletrolíticos ou de evaporação e usados na fabricação de produtos eletrônicos e em revestimentos decorativos.

Aplicações de pós metálicos

Os pós metálicos têm uma gama diversificada de aplicações em muitos setores:

• Fabricação: A metalurgia do pó usa pós metálicos para fabricar componentes acabados ou semiacabados. Os pós são compactados e depois sinterizados para produzir peças precisas com formas complexas. Os produtos comuns incluem engrenagens, buchas, rolamentos, ímãs, ferramentas de corte, peças automotivas etc.
• Manufatura aditiva: A sinterização seletiva a laser, a sinterização direta a laser de metal e o jato de aglutinante usam pós metálicos para imprimir componentes metálicos em 3D, camada por camada. Os setores aeroespacial, médico e automotivo utilizam essas tecnologias.
• Eletrônicos: Os pós de cobre e prata são usados para fabricar circuitos impressos, capacitores de cerâmica multicamadas e adesivos condutores. Os pós de ferrite produzem indutores e núcleos de transformadores.
• Indústria química: Os pós metálicos atuam como catalisadores e reagentes para a fabricação de produtos químicos, farmacêuticos, derivados de petróleo, pigmentos e materiais para baterias.
• Revestimentos: Os flocos de alumínio produzem revestimentos metálicos em tintas. Os pós de cobre e zinco produzem revestimentos anticorrosivos. Os pós metálicos também produzem revestimentos condutores e blindagem eletromagnética.
• Soldagem: Os pós de alumínio e magnésio são usados para proporcionar reações exotérmicas na soldagem por termite. Os pós de ferro, cobre e níquel produzem materiais de enchimento para soldagem.
• Pirotecnia: Os pós de alumínio, magnésio e ferro são os principais componentes de fogos de artifício, fagulhas, foguetes e termites devido às suas reações de oxidação exotérmica.
• Outros: Os pós metálicos encontram outras aplicações de nicho na fabricação de ferramentas de diamante, materiais de fricção, ligas de brasagem, plástico condutor, tintas magnéticas, etc.

Propriedades dos pós metálicos

As propriedades dos pós metálicos são influenciadas pelo método de produção, bem como pela composição, tamanho da partícula, forma, porosidade e microestrutura. As propriedades importantes do pó incluem:

• Tamanho da partícula: Medido em micrômetros (microns), o tamanho influencia a densidade, a reatividade e o comportamento de sinterização. Os pós ultrafinos têm tamanhos abaixo de 10 mícrons.
• Formato da partícula: A forma afeta o fluxo do pó e a densidade de empacotamento. São comuns os formatos granular, esférico, em flocos e dendrítico.
• Distribuição do tamanho das partículas: Uma distribuição estreita permite o empacotamento e o processamento uniformes, enquanto uma distribuição ampla pode segregar durante o manuseio.
• Densidade aparente: Relação entre a massa e o volume do pó. Afeta a compressibilidade e a densidade final da peça. Os valores variam de 25%-80% de densidade teórica.
• Densidade da torneira: Densidade máxima obtida após a batida mecânica. Indica a eficiência do empacotamento do pó.
• Taxa de fluxo: Importante para o manuseio e o processamento. Influenciado por fatores como tamanho da partícula, forma, óxido de superfície e umidade.
• Compressibilidade: Capacidade do pó de se deformar sob pressão em um compacto. Depende da ductilidade, do endurecimento por trabalho e dos gases adsorvidos.
• Atividade de sinterização: Capacidade das partículas de pó de se unirem durante o aquecimento. Influenciada pela composição, tamanho da partícula, teor de óxido e defeitos.
• Pureza: A presença de oxigênio, nitrogênio e carbono pode afetar negativamente as propriedades do pó. A alta pureza é necessária para aplicações críticas.

Medidas de segurança para o manuseio de pós metálicos

O manuseio de pós metálicos apresenta riscos potenciais à saúde e à segurança. Algumas medidas importantes incluem:

• Use equipamentos de proteção - luvas, proteção para os olhos, máscaras faciais e roupas de corpo inteiro - ao manusear os pós para evitar a inalação e o contato com a pele.
• Evite fontes de ignição - os pós podem entrar em combustão quando expostos ao calor, faíscas ou chamas. Siga os procedimentos adequados de aterramento.
• Evite explosões de pó - os pós formam misturas explosivas de pó e ar. Use sistemas de extração de poeira e evite o acúmulo de pó.
• Armazene de forma inerte - os pós são geralmente armazenados em recipientes selados sob gases inertes, como argônio ou nitrogênio, para evitar a oxidação.
• Garanta a ventilação adequada - use capelas de exaustão ou ventilação local para evitar a exposição a fumaça de metal e pó.
• Evite derramamentos - limpe os derramamentos imediatamente usando sistemas de vácuo, não escovas que dispersam a poeira.
• Siga o procedimento de descarte seguro - descarte de acordo com as regulamentações ambientais locais e não por meio de drenos ou aterros sanitários.
• Forneça treinamento - treine os trabalhadores sobre os perigos do pó, os procedimentos adequados de manuseio e as medidas de emergência.
• Realize o monitoramento - monitore os níveis de poeira e a exposição do trabalhador para garantir que estejam dentro dos limites de exposição permitidos.

perguntas frequentes

Quais são os principais métodos de produção de pós metálicos?

Os principais métodos são:

• Fresagem mecânica
• Atomização
• Redução química
• Eletrólise
• Técnicas de evaporação

Para que são usados os pós metálicos?

Os pós metálicos são usados na fabricação de peças acabadas por meio da metalurgia do pó, na produção de componentes fabricados aditivamente, na fabricação de dispositivos eletrônicos, na aplicação de revestimentos condutores/resistentes, na fabricação de produtos químicos e catalisadores e na criação de produtos pirotécnicos.

Como são medidos os tamanhos das partículas de pó metálico?

Os tamanhos das partículas são medidos em micrômetros (mícrons) usando microscopia, difração a laser, sedimentação, peneiramento e técnicas dinâmicas de dispersão de luz. Os pós ultrafinos têm tamanhos abaixo de 10 mícrons.

Que precauções devem ser tomadas ao manusear pós metálicos?

As precauções incluem o uso de equipamentos de proteção, evitar fontes de ignição, prevenir explosões de poeira, armazenamento inerte, ventilação adequada, descarte seguro, treinamento de trabalhadores e monitoramento da exposição.

Quais propriedades dos pós metálicos afetam seu desempenho?

As propriedades importantes são o tamanho, a forma, a distribuição de tamanho, a densidade, a taxa de fluxo, a compressibilidade, a capacidade de sinterização, a pureza e a composição das partículas. Elas influenciam o processamento, o manuseio e a qualidade do produto final.

Como os pós metálicos são armazenados com segurança?

Os pós metálicos geralmente são armazenados em recipientes selados sob gases inertes, como argônio ou nitrogênio, para evitar reações de oxidação. Isso mantém a pureza do pó e evita alterações nas características do pó.

O que é a metalurgia do pó?

A metalurgia do pó é um processo de fabricação que usa pós metálicos para produzir componentes acabados ou semiacabados. Ele envolve a compactação dos pós seguida de sinterização para produzir peças metálicas precisas com formas complexas.

Quais metais são comumente usados para produzir pós?

Ferro, alumínio, cobre, níquel, estanho, tungstênio, prata e ouro são comumente usados. O metal é escolhido com base nas propriedades necessárias do material e na aplicação.

O que é o processo de atomização para a produção de pó metálico?

Na atomização, o metal fundido é forçado a passar por um bocal, quebrando-se em gotículas finas que se solidificam em partículas de pó. Ela permite o controle do tamanho e da forma das partículas e é usada para produzir pós esféricos.

Quais são os perigos associados aos pós metálicos?

Os pós metálicos podem entrar em combustão quando expostos ao calor ou a faíscas. Eles formam misturas explosivas de poeira e ar. Os fumos metálicos e os pós finos também são tóxicos quando inalados. São necessários equipamentos de proteção e procedimentos de manuseio adequados.

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