polvos

1. Metalurgia de polvos
Pulvimetalurgia

2. ¿Cómo trabajar estos metales?
ELEMENTO
TEMP. DE
FUSIÓN
(ºC)
Tungsteno 3410
Renio 3180
Osmio 3000
Tantalio 2996

3. Metalurgia de polvos
• 3000 AC: los egipcios producían utensilios de hierro
a partir de hierro esponja.
• Tribus primitivas de África transformaban el hierro
esponja en polvo, lo clasificaban y lo trabajaban.
• Edad Media: se usaban polvos de oro, plata, cobre
para ornamentos.
• 1829: se logró platino a partir de esponja del metal.
• Edison utiliza un filamento de osmio, tantalio y
tungsteno.
Reseña histórica

4. Definición de
polvos metálicos
 Es un sólido finamente dividido con dimensión
menores a 1mm.
 Su comportamiento es intermedio entre un
sólido y un liquido.
 Son compresibles como los gases, pero su
compresión es irreversible.

5. Proceso de obtención
 1. La mezcla: Se deben mezclar los polvos
metálicos con sus respectivas adiciones, creando
una mezcla homogénea de ingredientes.
 2. El compactado: Se compacta la mezcla
(presión elevada) obteniendo así la forma y el
tamaño deseado de la pieza.
Este compactado sólo requiere la suficiente
cohesión para ser manejado con seguridad y
transportado a la siguiente etapa
(aglomerado verde).
Una vez obtenidos los polvos metálicos se
puede resumir en tres etapas principales:

6. Proceso de obtención
 3. El sinterizado: Se ingresan las piezas
(aglomerado verde) a un horno con
temperatura controlada e atmósfera inerte que
no exceda el punto de fundición del metal
base.
 Se logra así la resistencia mecánca requerida
y otras propiedades deseadas.

7. Prensado

8. Preparación de los
polvos de metal

9. Obtención de polvos
 Hay una gran variedad de procesos para
producir polvos de metales.
 Existe una relación entre un método específico
de producción de polvos y las propiedades
deseadas de los productos de metalurgia de
polvos.
 Métodos más importantes: - Atomización
- Reducción de óxidos
- Depositación electrolítica

10. Atomización
 En este proceso, Se pasa el metal líquido por una
boquilla en cuanto un flujo (gas: aire, N, Ar o
liquido: agua) separa el metal en pequeñas gotas
que luego son congeladas rápidamente antes de
que entren en contacto entre ellas o con una
superficie sólida.
 Variando diferentes parámetros del proceso se
puede controlar el tamaño de las partículas.

11.  En principio la técnica es aplicable para todos los
metales que se puedan fundir pero es
comercialmente utilizada para la producción de
polvos de Hierro, Cobre, Aceros, Bronce,
Aluminio, Plomo y Zinc.
Atomización

12. Atomización

13. Atomización
 Su principal ventaja es su
flexibilidad: produciendo
polvos de diferentes finuras
y uniformes.
 Comercialmente utilizado
para metales con bajo ponto
de fusión

14. Reducción de óxidos
 Este proceso ha sido, por mucho tiempo el más utilizado
para la producción de polvo de hierro.
 Es un método conveniente, económico y flexible para
producir polvos.
 Se reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos
poniéndolos en contacto con un gas reductor a una
temperatura inferior a la de fusión.
 La materia prima seleccionada es aplastada y mezclada con
carbón y llevada a un horno en donde reacciona.
 Después se aplasta nuevamente, se separan los materiales
no metálicos y se tamiza para producir el polvo.

15. Reducción de óxidos
 Debido a que no se hace ninguna refinación, la
pureza del polvo es totalmente dependiente de la
pureza de la materia prima.
 Las partículas producidas por este método son de
estructura tipo esponja irregulares y porosas,
ideales para moldear.
 Es económico, el más usado y el único
procedimiento para obtener W y Mo. Tambien se
usa para producir: Fe, Ni, Co y Cu

16. 1. Mezcla de reducción de coque en polvo y
caliza
2. Mineral de hierro
3. Secado
4. Trituración o molienda
5. Cribado
6. Separación magnética
7. Carga en tubos cerámicos
8. Reducción en hornos túnel, aprox. a
1200C
9. Descarga
10. Trituración del polvo en crudo
11. Almacenamiento en silos
12. Molienda (refinado)
13. Separación magnética
14. Molienda y tamizado
15. Recocido en horno de cinta, aprox. 800-
900C
16. Homogeneización
17. Empaquetado automático
18. Mena de hierro
19. Mezcla reductora
20. Sala de control

17. Depositación electrolítica
 Escogiendo las condiciones apropiadas -
posición y fuerza del electrolito, corriente,
densidad, temperatura, etc., muchos metales
pueden convertirse en polvos metálicos.
 Se usa por lo general para producir polvo de
Cobre, pero también se puede utilizar para la
producción de polvo de Cromo y Manganeso.

18. Depositación electrolítica
 Dos de las mayores
cualidades de este
proceso son la alta
pureza y la alta densidad
alcanzada en los polvos.
 La forma del polvo es
dendrítica, ideal para el
moldeo.

19. Características de los
polvos

20. Características de los polvos
 El resultado final alcanzado después del
sinterizado están altamente ligados con las
características del polvo tales como:
- tamaño de las partícula y distribución del tamaño
- condición de la superficie
- forma de las partículas
- densidad aparente
 Además de la composición química y la pureza.

21. Tamaño de las partículas
 Se clasifica por el tamaño de tamiz
que pasa el polvo.
 El polvo 200 pasa por la malla 200
 Se promedia el tamaño por análisis
con microscopio

22. Elección del tamaño
 En general se requiere un polvo
más fino sobre uno más grueso,
los polvos de metales más finos
tienen menores tamaños de
polvos y mayores áreas de
contacto para sinterizar.

23. Condición de superficie
 La característica de la superficie influirá en las
fuerzas de fricción entre las partículas durante
el compactado.

24. Forma de las partículas
 La forma de la partícula influye en las
características de empaquetamiento.
 Las partículas esféricas tienen un
excelente sinterizado y dan características
uniformes en el producto final.
 Las irregulares son mejores para el
moldeo.

25. Forma de las partículas
a)Acicular
b)Angular
c) Dendrítica
d)Fibrosa
e) Placas
f) Granular
g)Irregular
h)Nodular
i) Esferoidal

26. Forma de las partículas y distribución del tamaño

27. Densidad aparente
 Es el peso de una cantidad de polvo sin apretar
necesario para llenar un volumen dado
 Es de las propiedades más importantes de los
polvos; esto se debe a que la dureza alcanzada
en el compactado depende directamente de la
Densidad Aparente.
 A su vez esta característica depende de la
forma y de la porosidad promedio de las
partículas.

28. Proceso de fabricación

29. Proceso de fabricación
 Una vez se tiene el polvo empieza el proceso de
fabricación de la pieza deseada.
 Este proceso está compuesto por básicamente
tres etapas:
-1) la mezcla
-2) el compactado
-3) la sinterización.
Cada una de estas etapas contribuye en las
características finales de la pieza.

30. 1) Mezcla
 La combinación y el mezclado son esenciales
para la uniformidad del producto terminado.
 En esta etapa se debe alcanzar una mezcla
homogénea de los materiales y añadir el
lubricante.
 La principal función del lubricante son:
- reducir la fricción entre el polvo metálico y las
superficies de las herramientas utilizadas en el
proceso.
- reducir la fricción durante la compactación.

31. 2) Compactado
 La mezcla es introducida en un molde de
acero y presionada(150-900 Mpa).
 El compactado es una etapa muy importante
ya que la forma y las propiedades mecánicas
finales de la pieza están fuertemente
relacionadas con la densidad al presionar.

32. Compactado
 El polvo metálico adquiere la forma del molde
y cerca de las dimensiones finales, además
adquiere una resistencia en verde que permite
la manipulación de la pieza dentro de la planta.
 Los polvos metálicos bajo presión no se
comportan como líquidos, la presión no es
transmitida uniformemente por el molde y hay
virtualmente cero flujo lateral.

33. Técnicas del Compactado
CON PRESIÓN
• Troquel
• Isostático
• Forjado y extruido
• Continuo
SIN PRESIÓN
•Deslizamiento
•Gravedad
•Continuo

34. Troquel
 Es el más
utilizado
 Primero se llena
el troquel, luego
se presiona y se
expulsa
 Utiliza
presiones de 20
a 50 ton/pulg2
Compactado con presión

35. Troquel
Compactado con presión
Distribución
densidad

36. Isostático
 La presión se aplica
simultáneamente en todas
las direcciones
simultáneamente.
 Se coloca el polvo en un
molde de hule y se sumerge
en un baño líquido dentro
de un recipiente a presión.
 Utilizado más para
materiales cerámicos que
para metales.
Compactado con presión

37. Forjado y extrusión
 Se “enlata” el polvo en un recipiente metálico
y luego se forja o extrae.
 Ambas técnicas por lo general no requieren
de la etapa de sinterizado.
Compactado con presión

38. Continuo
 Se utiliza para
elaborar cuerpos de
forma simple
(varillas, láminas o
tubos).
 Se hace pasar el
polvo a través de
rodillos que son
ajustables.
Compactado con presión

39. Deslizamiento
 Se hace una
suspensión de
polvo en un líquido
y luego se coloca
en un molde que
absorbe el fluido.
 La pieza se seca y
sinteriza.
Compactado sin presión

40. Gravedad y Continua
 Gravedad: el troquel se llena y luego se
sinteriza, dando una pieza porosa.
 Continua: se emplea para producir laminas
porosas para electrodos de batería (Níquel-
cadmio) recargables.
Se aplica el polvo en forma de suspensión
espesa sobre una rejilla o lámina y luego se
sinteriza.
Compactado sin presión

41. 3) Sinterizado
 La etapa de la sinterización es clave para el
proceso de la metalurgia de polvos.
 Sinterizado: Es el TT de un polvo o compactado
metálico a una temperatura inferior a la
temperatura de fusión de la base de la mezcla.
Tiene el propósito de incrementar las resistencias
de la pieza creando enlaces fuertes entre las
partículas.

42.  Las piezas compactadas se someten a un
tratamiento térmico, en hornos de atmósfera
controlada, consiguiendo una cristalización en
estado sólido denominada sinterización,
 Durante este proceso de sinterización las
piezas compactadas adquieren sus
propiedades físicas y sufren unas ligeras
alteraciones dimensionales las cuales ya son
previstas en los cálculos de las mismas.
3) Sinterizado

43. Atmósfera Controlada
 Ayudar a eliminar el lubricante
 Evitar la oxidación en la zona de enfriamiento.
 Evitar la descarburación.
 Mantener una cierta presión positiva a la salida
del horno.
 Asegurar un purgado seguro. Impide entradas
de aire.
 Asegurar un resultado uniforme en la
sinterización.

44. Sinterizado
 Ocurre una difusión atómica (proceso de
enlace de cuerpos sólidos) y las partes unidas
durante el proceso de compactación se
fortalecen y crecen hasta formar una pieza
uniforme.

45. Sinterizado
 Se utilizan temperaturas menor que la de
fusión y una atmósfera controlada.
 Para proceso normales se alimentan las
piezas al horno en una malla de alambres.
Este alambre está hecho de una aleación
Níkel/Cromo (80/20%) que permite
temperaturas hasta de 11500*C.
 Para temperaturas superiores se pueden usar
Carburos de Silicio que pueden operar a
temperaturas hasta 13500*C.

46. Sinterizado
 Temperaturas de Sinterizado:
Hierro / Acero 1100 – 1300ºC
Aleaciones de aluminio 590 – 620ºC
Cobre 750 – 1000ºC
Latón 850 – 950ºC
Bronce 740 – 780ºC
Metales Duros 1200 – 1600ºC

47. Aplicaciones
 Se producen materiales refractarios, metales
compuestos, porosos y combinaciones de
metales con no metales.
 Es el único medio para producir molibdeno y
tantalio.
 Se puede combinar materiales duros en una
matriz metálica (ej: carburo cementado)
 Combinación metal-no metal en materiales
antifricción (cobre-grafito-sílice)
 Cojinetes autolubricantes (polvo de bronce con
porosidad controlada)

48. Aplicaciones

49. Metalurgia de polvos
 Las propiedades mecánicas alcanzadas en estas
piezas son a veces inalcanzables por cualquier
tipo de fabricación.
 Genera beneficios importantes tanto en lo
económico (costos de piezas y mantenimiento)
como en funcionamiento de la máquina que tenga
la pieza fabricada por este método.
 Habría que entrar a hacer un análisis profundo de
costos, de producción y de mercado.
 Es una buena oportunidad para la investigación y
desarrollo.
Conclusiones

50. Ventajas Económicas
 Precios muy competitivos en relación a otros
métodos de fabricación.
· Inversiones reducidas al evitarse la utilización
de otras máquinas de segundas operaciones u
operaciones de acabado.
· Aprovechamiento prácticamente del 100% de
la materia prima.
· Alto grado de ahorro energético.
· Tecnología no contaminante.

51. Etapas Intermedias
Opcionales según características
deseadas de la pieza final

52. Calibrado
 Cuando las exigencias dimensionales y de
acabado superficial son elevadas, las piezas
son sometidas a la operación de calibrado.
 El calibrado se realiza en piezas de alta
precision que confieren un acabado superficial
superior al de las superficies rectificadas y
unas tolerancias dimensionales extremas.

53. Impregnación de aceite
 En función de las exigencias de la pieza, el
proceso puede complementarse con la
impregnación en aceite (casquillos
autolubricados), procedimiento que se requiere
para prevenir y proteger a las piezas contra la
oxidación y la suciedad.
 Al momento de utilizarlas con una pequeña
limpieza se encontrarán intactas en sus
propiedades y presentación

54. Nuevas aplicaciones

55. Filtros
Gran variedad de formas.
Alto control del tamaño y
forma de los poros.
 Filtros para: polímeros,
agua, gases, fluidos
hidráulicos, fuel,
lubricantes,...

56. Espumas Metálicas
 Porosidad cerrada.
 Baja densidad (de aluminio: 0,4-1 g/cm3).
 Alta rigidez específica.
 Alta capacidad de absorber energía.
 Amplio rango de utilización de
temperaturas.
 Buenas propiedades de absorción de
ruidos.
 No inflamable.
 Reducida conductividad térmica y
eléctrica.
 Buen mecanizado
 Reciclable.
 Capaz de muchas operaciones de
acabado.

57. Rociado Metálico
Se utiliza para recuperar piezas gastadas o fuera
de tamaño o cuando se requiere resistencia al
desgaste.
PROCESOS DE ROCIADO
Fuente de calor
eléctrica
Pistolas de
plasma
Fuente de calor
química
Pistolas
oxiacetilénica

58. Pistola de oxiacetileno
 Se rocía el polvo sobre
la superficie deseada.
 Se puede aplicar
cubiertas delgadas.
 Utíl para aplicar
aleaciones duras y
resistentes a la
corrosión.
 Tienen base Ni o Co,
contiene Cr, Bo, Si

59. Pistola de plasma
 El plasma es un gas ionizado que se produce al
pasar por un arco eléctrico.
 Se logran mayores temperaturas de trabajo que
permite depositar metales de mayor punto de
fusión.

60. http://youtube.com/watch?v=Mg3xBZiePpw