Metalurgia de polvos

Ingeniería de los materiales no metálicos

Pulvimetalurgia La Metalurgia de Polvos es un proceso

de producción por medio del cual partes o productos se fabrican comprimiendo polvo metálico o algún material cerámico dentro de un molde o dado

La pulvimetalurgia convencional y el sinterizado, es un proceso que se empezó a aplicar de forma industrial a principios del siglo XX.

Se caracteriza por trabajar con metal en polvo y a temperaturas por debajo del punto de fusión del metal.

Este proceso de conformado es el único medio de fabricación que se puede emplear para la obtención de piezas a partir de materiales con puntos de fusión elevados.

Una ventaja que se tiene con este proceso de conformado es que se puede obtener en forma económica la combinación de metales y no metales para la fabricación de piezas, como en el caso de la Industria Eléctrica en la cual las escobillas de motores y los contactos deben tener conductividad apropiada, pero a la vez ser resistentes al desgaste y al arco eléctrico que se forma al hacer el contacto.

Un punto importante a considerar en la selección de este proceso de conformado es el poco desperdicio de material que involucran las operaciones. Aproximadamente un 97 % del polvo que se emplea inicialmente se convierte en producto. 

Descripción del procedimiento

Preparación, combinación y mezcla del polvo o polvos.

Compactación del polvo dentro de un dado o molde a una densidad establecida.

Sinterizado (calentamiento) en un horno con atmósfera controlada.

Fase I, PREPARACION DEL POLVO

Los polvos que se emplean pueden ser de metales, no metales, aleaciones, materiales cerámicos(óxidos, nitraros, carburos, etc.). 

También se consideran combinaciones de metales y cerámicos llamados cermets.

Un cermet es un ladrillo de cerámica formado por materiales cerámicos y metales.

Los materiales más comúnmente empleados

Hierro Cobre Aluminio Estaño Níquel Titanio Cromo Aceros inoxidables

Grafito Silicio Óxidos Carburos metálicos Metales refractarios

como tungsteno, tantalio y molibdeno.

 Las especificaciones requeridas para este procedimiento son sobre tamaño y forma de la partícula, flujo del polvo, compresibilidad, pureza, densidad aparente, entre otras.

Obtención del polvo

Método de reducción. Este es un proceso de tipo químico y consiste en hacer reaccionar mineral refinado a fin de obtenerlo como un producto de buena pureza eliminando el oxígeno.

Método por electrólisis. Consiste en dejar crecer un depósito metálico sobre una placa metálica (cátodo), suspendida en un tanque conteniendo un electrolito (soluciones acuosas o sales fundidas) y la fuente de metal empleada para hacer el depósito que forma el ánodo. 

Pulverización o trituración. Este proceso consiste en la pulverización mecánica del metal e implica la fragmentación o molienda de éste, la cual se lleva a cabo por trituración por rodillos, en molinos de bolas, molino de martillos, pudiéndose producir polvos casi con cualquier grado de finura, o esmerilado de metales frágiles o menos dúctiles. 

Atomizado. Consiste en enviar un chorro de aire, gas inerte o agua sobre un flujo de metal fundido, formándose de esta manera partículas de distinto tamaño al solidificar el metal, formándose así el polvo metálico.

Perdigonado. El metal fundido se vierte a través de una pequeña abertura. Las gotas se transforman en pequeñas partículas al pasar a través de aire o cuando se agitan y enfrían en agua. 

Aleación metálica. En este proceso se mezclan polvos de dos o más metales puros en un molino de bolas, a fin de que por la acción mecánica de las bolas sobre las partículas de polvo metálicas, éstas se rompan y se unan entre si por difusión, formándose los polvos de aleación.

 Combinación y mezcla de los polvos

La combinación se refiere a la mezcla de polvos de diferente composición química, teniéndose la ventaja de poder combinar varias aleaciones metálicas que sería imposible o muy difícil producir por otro medio.

El mezclado se refiere a la mezcla de polvos de la misma composición química, pero que pueden tener diferente tamaño de partícula.

Mezclado Tiene como objetivo: Obtener

uniformidad en la mezcla, ya que los polvos por lo general tienen distintos tamaños y formas y sólo mezclándolos se logra una distribución uniforme

Los lubricantes promueven la fluidez del polvo, ya que reducen la fricción entre las partículas y con las paredes del molde, ayudando así a sacar la pieza compactada del molde.

Fase II COMPACTACIÓN

Se inicia con el llenado de la cavidad del molde, matriz o dado, con la cantidad de polvo necesaria para la pieza que se va a fabricar.

La presión ejercida se realiza de forma uniaxial, mediante dos pistones que comprimen el polvo en el interior una matriz desde arriba y desde abajo.

Esta presión varía en función del material o la aleación con la que se trabaja.

Es necesario aplicar altas presiones a los polvos para que asuman la forma deseada; al polvo prensado se le llama comprimido crudo o en verde ya que la pieza no está procesada totalmente y la densidad adquirida por la pieza se conoce como densidad en verde.

El equipo con el cual se aplica la presión es una prensa. Este tipo de prensas pueden operar dentro de un rango de 5 a 50 toneladas, siendo la capacidad máxima de 300 tons. Algunas prensas se operan mecánicamente, otras hidráulicamente y otras más neumáticamente.

Laminado

También conocido como compactación por rodillos, es un proceso en el cual el polvo se va suministrando directamente a los rodillos de una laminadora, por medio de una tolva, compactándose de este modo y produciendo una banda continua de metal comprimido. 

Fase III SINTETIZADO

Es el proceso mediante el cual los compactados crudos o en verde se calientan en un horno de atmosfera controlada a una temperatura por debajo del punto de fusión del constituyente principal, pero lo suficientemente elevada para permitir que se unan las partículas individuales. 

Propósito de esta etapa

Establecer, por contacto íntimo entre las partículas de polvo, una unión por difusión de los átomos en los puntos o áreas de contacto, lo que elimina los límites de grano entre una partícula y otra, lográndose una unión rígida de gran fortaleza entre las partículas, sin necesidad de fundir el material

 Los hornos para sinterizado pueden ser de distintos tipos, los más empleados para altos volúmenes de producción son los hornos continuos de banda sin fin con atmósfera controlada.