Introducción detallada a la metalurgia en polvo

I. Conceptos básicos

II. Etapas básicas del proceso

1. Preparación de polvo
   • Métodos: trituración mecánica (por ejemplo, fresado de bolas, trituración de mandíbulas), deposición física de vapor (PVD), reducción química (por ejemplo, reducción de hidrógeno para el polvo de hierro),la atomización (atomización agua/aire para polvos de aleación).
   • Parámetros clave: Tamaño de las partículas de polvo (nivel de micrones, que afecta a la densidad de formación), pureza y morfología (esférica/irregular, que afecta a la fluidez).
     [Imagen: Equipo de atomización de polvo que produce polvos de aleaciones esféricas]
2. Mezcla y modificación
   • Mezclar polvos metálicos con aditivos no metálicos (por ejemplo, carbono, cobre para su dureza) y lubricantes (por ejemplo, estearato de zinc para su moldeableza).
3. Formación
   • Moldeado por compresión: Alta presión (50 ‰ 300 MPa) en moldes para formar "compactos verdes", adecuados para formas simétricas simples.
   • El moldeado por inyección de metales (MIM): La mezcla de polvo y aglutinante se inyecta en moldes, se desboca y se sintera para piezas de precisión complejas (por ejemplo, engranajes de relojes, dispositivos médicos).
   • Presión isostática: Presión uniforme a través de líquido (presión isostática en frío/caliente) para materiales de alta densidad (por ejemplo, componentes de superaleaciones aeroespaciales).
     [Imagen: Esquema del equipo de prensado isostático en frío]
4. Sinterizado
   • Calentamiento en una atmósfera protectora (argon, hidrógeno) o en vacío hasta el 60~80% del punto de fusión del metal, uniendo las partículas mediante difusión atómica para mejorar la densidad y la resistencia.
   • Parámetros críticosTemperatura, tiempo de espera y control de la atmósfera.
5. Trasprocesamiento
   • Densificación: Represión/resintrado; forja en caliente para obtener propiedades mecánicas.
   • Tratamiento de la superficie- electroplataje, pintura y carburado.
   • Mecanizado: Cortes menores (perforación, molienda) para una alta precisión.

III. Características técnicas

1. Ventajas
   • Alta eficiencia de los materiales: La conformación casi neta reduce los residuos (< 5%), lo que reduce los costes.
   • Fabricación de estructuras complejas: Forma directamente piezas con microagujeros, materiales compuestos multimateriales o propiedades de gradiente (por ejemplo, rodamientos impregnados de aceite, cajas de cambios).
   • Materiales de alto rendimiento:
     • Metales refractarios (tungsteno, molibdeno) y compuestos (refuerzos cerámicos de matriz metálica).
     • Materiales porosos (filtros, disipadores de calor) y materiales antirritores (rodamientos autolubricantes).
   • Eficiencia energética: menor consumo energético que la fundición/forja, ideal para la producción en masa.
2. Las limitaciones
   • Impacto de la porosidad: Los materiales sinterizados conservan una porosidad del 5~20%, lo que requiere un posprocesamiento para obtener la densidad.
   • Dependencia del moho: Los moldes de alta precisión son costosos y complejos, adecuados para la producción a mediana y gran escala.
   • Restricciones de tamaño: El moldeado tradicional limita el tamaño de las piezas (decenas de cm); los componentes grandes requieren prensado isostático o impresión 3D.

IV. Principales materiales y aplicaciones

1. Materiales comunes
   • A base de hierro y cobre: más del 70% de las aplicaciones, utilizadas para engranajes, rodamientos y partes estructurales (por ejemplo, componentes de motores de automóviles).
   • Metales refractarios: aleaciones de tungsteno y molibdeno para piezas de alta temperatura de la industria aeroespacial (boquillas de cohetes, disipadores de calor de satélites).
   • Las aleaciones especiales: aleaciones de titanio, super aleaciones (Inconel) para palas de motores de aviones e implantes médicos (tornos de titanio).
   • Fabricación en la cual el valor de todas las materias utilizadas no exceda del 40% del precio franco fábrica: metal-cerámica (malla de sierra de diamantes), metales porosos (absorción de energía, soportes de catalizadores).
2. Aplicaciones típicas
   • Automóvil: asientos de las válvulas del motor, engranajes de la transmisión (30% de reducción de peso), componentes del turbocompresor.
   • Electrónica: soportes para cámaras de teléfonos inteligentes basados en MIM, disipadores de calor 5G (cobre de alta conductividad térmica), polvos magnéticos (inductores).
   • Aeronautica y aeroespacial: Discos de turbina de super aleación prensados isostáticamente en caliente, piezas estructurales de titanio (reducción de peso).
   • El médico: Implantes de titanio porosos (integración de células óseas), marcos dentales MIM.
   • Nueva energía: Polvos de electrodos de baterías de litio (NCM), placas bipolares de pilas de combustible (acero inoxidable).
     [Imagen: Componentes de metalurgia de polvo en un motor de vehículo eléctrico]

V. Tecnologías y tendencias de vanguardia (2025 Outlook)

1. Integración con la fabricación aditiva
   • Impresión 3D de metales (SLM/LMD): Imprime directamente piezas complejas (por ejemplo, impulsores aeroespaciales) a partir de polvos, superando los límites tradicionales de moldeo.
   • Impresión en 3D de jets de aglutinantes: rentable para la producción en serie de piezas pequeñas, más barato que el MIM convencional.
     [Imagen: Componente aeroespacial de titanio impreso en 3D a través de SLM]
2. Nanopulveras y alto rendimiento
   • Polvos nanocristalinos(por ejemplo, nano-cobre, nano-titanio) aumentar la resistencia en un 50% + para herramientas y armaduras de alta gama.
   • Materiales de gradiente: Formación en polvo en capas para piezas con resistencia al desgaste superficial y resistencia interna.
3. Fabricación ecológica
   • Los aglutinantes a base de agua reemplazan los disolventes orgánicos en MIM para reducir la contaminación; más del 90% del reciclaje de polvo se alinea con los objetivos de neutralidad de carbono.
4. Producción inteligente
   • Fuegos de sinterizado optimizados por IA para el control de la temperatura en tiempo real; pruebas de polvo en línea (análisis de tamaño de partícula por láser, XRD) para el control de calidad.

VI. Conclusión