¿Qué es la aleación de polvo?

Aleación de polvo se refiere a un material metálico compuesto por dos o más elementos que se mezclan en forma de polvo. A diferencia de las aleaciones tradicionales que se forman por derretimiento y fundición, las aleaciones de polvo se crean a través de Metalurgia en polvo (PM) , un proceso de fabricación que implica compactar y sinterizar polvos metálicos finos. Este enfoque distinto ofrece ventajas únicas en términos de propiedades del material, flexibilidad de diseño y eficiencia de fabricación.

¿Cómo se realizan las aleaciones en polvo? El proceso de metalurgia en polvo

La creación de aleaciones en polvo implica varios pasos clave:

1. Producción en polvo: El paso principal es la producción de los polvos metálicos constituyentes. Se emplean varios métodos, incluyendo:

   • Atomización: El metal fundido se divide en gotas finas por un chorro de gas o líquido, que luego se solidifica en partículas de polvo. Este es un método común para producir polvos esféricos o irregulares.

   • Reducción química: Los óxidos metálicos se reducen químicamente a su forma de polvo metálico.

   • Electrólisis: Los polvos de metal se depositan de una solución electrolítica.

   • Aleación mecánica: La molienda de bola de alta energía se usa para fracturar repetidamente y partículas de polvo de soldado en frío, lo que lleva a una distribución homogénea de elementos, incluso si son inmiscibles en el estado líquido.

2. Mezcla de polvo: Los diferentes polvos elementales se mezclan cuidadosamente en proporciones precisas para lograr la composición de aleación deseada. Los aglutinantes, lubricantes u otros aditivos pueden incorporarse en esta etapa para mejorar la compactibilidad y facilitar el procesamiento posterior.

3. Compactación: El polvo mezclado se presiona en la forma deseada, conocida como "compacto verde", utilizando alta presión en un dado. Este paso proporciona al compacto suficiente fuerza para el manejo. Las técnicas incluyen:

   • Die Compaction: El método más común, donde el polvo se presiona en un dado rígido.

   • Prensado isostático (CIP/cadera): El polvo está sujeto a presión desde todas las direcciones, ya sea a temperatura ambiente (presión isostática fría) o temperaturas elevadas (prensado isostático caliente). La cadera es particularmente efectiva para lograr componentes de alta densidad de forma cercana a la red con propiedades superiores.

4. Sinterización: El compacto verde se calienta en una atmósfera controlada (a menudo inerte o reduciendo) a una temperatura por debajo del punto de fusión del componente primario. Durante la sinterización, las partículas se unen a través de la difusión atómica, lo que lleva a una mayor resistencia, densidad y una reducción en la porosidad. La atmósfera cuidadosamente controlada previene la oxidación y la descarburización.

5. Operaciones secundarias (opcional): Dependiendo de las propiedades y la aplicación deseadas, se pueden emplear pasos de procesamiento adicionales:

   • Dimensionamiento/acuñación: Para una mayor precisión dimensional.

   • Infiltración: Introducir un punto de metal más bajo en los poros de la parte sinterizada para propiedades mejoradas.

   • Tratamiento térmico: Para modificar las propiedades mecánicas (por ejemplo, endurecimiento, templado).

   • Mecanizado: Para lograr las dimensiones o características finales, aunque uno de los beneficios de PM a menudo es la fabricación de forma cercana a la red, minimizando el mecanizado.

Ventajas y características clave de las aleaciones de polvo

Las aleaciones de polvo y el proceso de PM ofrecen un conjunto de beneficios convincentes:

• Propiedades a medida: PM permite un control preciso sobre la composición de la aleación y la microestructura, lo que permite la creación de materiales con combinaciones únicas de propiedades que son difíciles o imposibles de lograr a través de la fusión y la fundición convencionales. Esto incluye características específicas magnéticas, eléctricas, térmicas o resistentes al desgaste.

• Fabricación en forma de red o en forma de red: Las geometrías complejas se pueden producir con una precisión de alta dimensión, reduciendo o eliminando significativamente la necesidad de operaciones de mecanizado costosas. Esto conduce a ahorros de materiales y un tiempo de fabricación reducido.

• Utilización del material: El proceso de PM es altamente eficiente, con muy pocos desechos de material en comparación con los métodos de fabricación sustractivos.

• Materiales porosos: PM puede crear deliberadamente componentes con porosidad controlada, lo cual es crucial para aplicaciones como filtros, rodamientos de lubricantes e implantes biomédicos.

• Combinación de materiales inmiscibles: La aleación mecánica, una técnica PM, puede combinar elementos que no son miscibles en su estado líquido, abriendo posibilidades para nuevas composiciones de materiales.

• Materiales de alto rendimiento: Las aleaciones en polvo a menudo se usan para aplicaciones de alto rendimiento donde las aleaciones tradicionales pueden quedarse cortas, como en las industrias aeroespaciales, automotrices y médicas.

Aplicaciones de aleaciones en polvo

La versatilidad de las aleaciones en polvo ha llevado a su uso generalizado en numerosas industrias:

• Automotor: Los engranajes, las bielas, las guías de la válvula, los lóbulos de la leva y varios componentes estructurales se benefician de la rentabilidad y el rendimiento de las piezas de PM.

• Aeroespacial: Los componentes de alta resistencia y livianos para motores de aeronaves y piezas estructurales están hechos cada vez más de aleaciones de polvo, especialmente superaltas y aleaciones de titanio.

• Médico: Los implantes como reemplazos de cadera y rodilla, instrumentos quirúrgicos y materiales porosos para el crecimiento óseo se fabrican utilizando PM debido a su biocompatibilidad y capacidad para crear estructuras porosas específicas.

• Electrical and Electronic: Materiales magnéticos suaves para motores y transformadores, contactos eléctricos y disipadores de calor.

• Herramientas y muere: Herramientas de acero de alta velocidad, carburos cementados y componentes resistentes al desgaste.

• Bienes de consumo: Componentes en electrodomésticos, herramientas eléctricas y equipos deportivos.