Método de preparación de polvo metálico

La pulvimetalurgia es un proceso de preparación de polvo metálico y uso de polvo metálico (o mezcla de metal y no metal) como materia prima para obtener piezas y productos mediante moldeo y sinterización. Como principal materia prima de la industria, el polvo metálico se utiliza ampliamente en los campos de la maquinaria, la metalurgia, la industria química y los materiales aeroespaciales. El polvo metálico es la materia prima básica de la industria de la pulvimetalurgia, y su producción y calidad determinan el desarrollo de la industria de la pulvimetalurgia.

El polvo metálico es generalmente un conjunto de partículas metálicas de menos de 1 mm. No existe una regulación uniforme para la división del rango de tamaño de partícula. El método de división comúnmente utilizado es: las partículas de 1000~50 µm son polvos convencionales; 50~10 µm se denominan polvos finos; 10~0,5 µm se denominan polvos ultrafinos; <0,5 µm se denominan polvos ultrafinos; 0,1~100 nm se denominan polvos a escala nanométrica. Cada partícula de polvo puede ser un cristal o estar compuesta por muchos cristales, según el tamaño de partícula y el método de preparación.

Métodos de preparación de polvos metálicos En la actualidad, existen decenas de métodos para la producción industrial de polvos, pero en términos del análisis real del proceso de producción, se dividen principalmente en dos categorías: métodos mecánicos y físicos y métodos físico-químicos. Se pueden obtener por refinamiento directo de metales sólidos, líquidos y gaseosos, y también se pueden obtener a partir de compuestos metálicos en diferentes estados mediante reducción, pirólisis y electrólisis. Los carburos, nitruros, boruros y siliciuros de metales refractarios generalmente se pueden preparar directamente mediante métodos de combinación química o de combinación-reducción. Debido a los diferentes métodos de preparación, la forma, la estructura y el tamaño de partícula del mismo polvo a menudo varían mucho.

Método mecánico y físico

Método de molienda de bolas

Mecanismo: El método de molienda de bolas se divide principalmente en el método de bolas rodantes y el método de molienda de bolas vibratorias. Este método utiliza el mecanismo por el cual las partículas metálicas producen tensión y se rompen y refinan a diferentes velocidades de tensión.

Aplicación: Este método es principalmente adecuado para la preparación de polvos como Sb, Cr, Mn, aleaciones de Fe-Cr, etc.

Ventajas y desventajas: Las ventajas son el funcionamiento continuo, la alta eficiencia de producción, la idoneidad para la molienda en seco y en húmedo y la posibilidad de utilizarlo para la preparación de polvos de diversos metales y aleaciones. La desventaja es que la selectividad del material no es fuerte y es difícil de clasificar durante el proceso de preparación del polvo.

Método de molienda

Mecanismo: El método de molienda consiste en rociar gas comprimido en el área de molienda después de pasar a través de una boquilla especial, lo que hace que los materiales en el área de molienda choquen entre sí y se froten hasta convertirse en polvo; el flujo de aire se expande y se eleva con el material hacia el área de clasificación, y el clasificador de turbina selecciona el material que alcanza el tamaño de partícula, y el polvo grueso restante regresa al área de molienda para moler más hasta que se separa el tamaño de partícula requerido.

Aplicación: Se utiliza ampliamente en la molienda ultrafina de materias primas químicas no metálicas, pigmentos, abrasivos, medicamentos para el cuidado de la salud y otras industrias.

Ventajas y desventajas: Dado que el método de molienda adopta la producción en seco, se omite la deshidratación y el secado de los materiales; sus productos tienen alta pureza, alta actividad, buena dispersabilidad, tamaño de partícula fino y distribución estrecha, y superficie de partícula lisa. Sin embargo, el método de molienda también tiene las desventajas de un alto costo de fabricación del equipo. En el proceso de producción de polvo metálico, se debe utilizar gas inerte continuo o nitrógeno como fuente de gas comprimido, el consumo de gas es grande y solo es adecuado para la trituración y pulverización de metales y aleaciones frágiles.

Método de atomización

Mecanismo: El método de atomización generalmente utiliza gas a alta presión, líquido a alta presión o cuchillas giratorias de alta velocidad para romper el metal o aleación fundido por alta temperatura y alta presión en gotitas finas, y luego condensarlo en el colector para obtener polvo de metal ultrafino. Este proceso no causa cambios químicos. El método de atomización es uno de los principales métodos para producir polvos de metal y aleación. Existen muchos métodos de atomización, como atomización de doble flujo, atomización centrífuga, atomización de múltiples etapas, tecnología de atomización ultrasónica, tecnología de atomización estrechamente acoplada, atomización de gas a alta presión, atomización laminar, atomización ultrasónica estrechamente acoplada y atomización de gas caliente.

Aplicación: El método de atomización se utiliza habitualmente en la producción de polvos metálicos como Fe, Sn, Zn, Pb, Cu, y también se puede utilizar para producir polvos de aleación como bronce, latón, acero al carbono y acero de aleación. El método de atomización cumple con los requisitos especiales de los polvos metálicos para consumibles de impresión 3D.

Ventajas y desventajas: El polvo atomizado tiene las ventajas de alta esfericidad, tamaño de partícula de polvo controlable, bajo contenido de oxígeno, bajo costo de producción y adaptabilidad a la producción de una variedad de polvos metálicos. Se ha convertido en la principal dirección de desarrollo de la tecnología de preparación de polvo de aleación especial y de alto rendimiento, pero el método de atomización tiene las desventajas de baja eficiencia de producción, bajo rendimiento de polvo ultrafino y consumo de energía relativamente grande.

Método físico-químico

Método de reducción

Mecanismo: El método de reducción es un método de reducción de óxidos metálicos o sales metálicas bajo ciertas condiciones para producir polvos metálicos o de aleación. Es uno de los métodos de fabricación de polvo más utilizados en la producción. Los agentes reductores comúnmente utilizados incluyen agentes reductores de gas (como hidrógeno, amoníaco descompuesto, gas natural convertido, etc.), agentes reductores de carbono sólido (como carbón vegetal, coque, antracita, etc.) y agentes reductores de metales (como calcio, magnesio, sodio, etc.). El método de preparación más representativo es el método de hidrogenación-deshidrogenación con hidrógeno como medio de reacción. Utiliza la propiedad de fácil hidrogenación del metal crudo para hacer que el metal reaccione con hidrógeno a una cierta temperatura para generar hidruro metálico, y luego triturar mecánicamente el hidruro metálico obtenido en polvo del tamaño de partícula deseado, y luego eliminar el hidrógeno en el polvo de hidruro metálico triturado en condiciones de vacío para obtener polvo metálico.

Aplicación: Se utiliza principalmente en la preparación de polvos metálicos (aleaciones) como Ti, Fe, W, Mo, Nb, W-Re, etc. Por ejemplo, el titanio metálico (polvo) comienza a reaccionar violentamente con el hidrógeno a una determinada temperatura. Cuando el contenido de hidrógeno es superior al 2,3%, el hidruro se suelta y es fácil de triturar en partículas finas de polvo de titanio hidruro. El polvo de titanio hidruro se descompone a una temperatura de unos 700 °C y la mayor parte del hidrógeno disuelto en el polvo de titanio se elimina para obtener polvo de titanio.

Ventajas y desventajas: Las ventajas son una operación simple, un fácil control de los parámetros del proceso, una alta eficiencia de producción, un bajo costo y es adecuado para la producción industrial; la desventaja es que solo es adecuado para materiales metálicos que reaccionan fácilmente con el hidrógeno y se vuelven frágiles y fáciles de romper después de absorber hidrógeno.

Método de electrólisis

Mecanismo: El método de electrólisis es un método de depósito de polvos metálicos en el cátodo mediante la electrolisis de sal fundida o solución acuosa de sal.

Aplicación: La electrólisis de una solución acuosa puede producir polvos metálicos (aleaciones) como Cu, Ni, Fe, Ag, Sn, Fe-Ni, etc., y la electrólisis de una sal fundida puede producir polvos metálicos como Zr, Ta, Ti, Nb, etc.

Ventajas y desventajas: Su ventaja es que la pureza del polvo metálico preparado es alta y la pureza del polvo de sustancia única general puede alcanzar más del 99,7 %; además, el método de electrólisis puede controlar bien el tamaño de partícula del polvo y puede producir polvo ultrafino. Sin embargo, el método de electrólisis consume mucha electricidad y tiene un alto costo de producción de polvo.

Método del hidroxilo

Mecanismo: Ciertos metales (hierro, níquel, etc.) se sintetizan con monóxido de carbono para formar compuestos de carbonilo metálico, que luego se descomponen térmicamente en polvos metálicos y monóxido de carbono.

Aplicación: Se utiliza principalmente en la industria para producir polvos finos y ultrafinos de níquel y hierro, así como polvos de aleación como Fe-Ni, Fe-Co y Ni-Co.

Ventajas y desventajas: El polvo obtenido de esta manera es muy fino y de alta pureza, pero el costo es elevado.

Método de reemplazo químico

Mecanismo: El método de reemplazo químico consiste en reemplazar el metal menos activo de la solución de sal metálica con un metal más activo de acuerdo con la actividad del metal y refinar aún más el metal (polvo de metal) obtenido mediante el reemplazo por otros métodos.

Aplicación: Este método se utiliza principalmente para la preparación de polvos metálicos inactivos como Cu, Ag y Au.