La impregnación es un maravilloso proceso secundario para rellenar los poros de piezas de metal en polvoHay otro proceso para hacerlo: la infiltración.
Infiltración en Metalurgia de polvos Introduce metal fundido a través de acción capilar, llenando los poros y solidificándolo para formar una pieza más densa y cohesiva.
Dado que la infiltración de cobre es el proceso de infiltración más común, centraremos este blog en él.
Infiltración de cobre en la metalurgia de polvos
El siguiente es el flujo del proceso de infiltración de cobre en piezas de pulvimetalurgia.
Calcular la porosidad de las piezas
Primero, se calcula la porosidad de las piezas, que es el porcentaje de volumen de huecos en el material. Se pueden aplicar algunas técnicas de medición, como mediciones de densidad o gráficos, para medir la porosidad.
Calcular el peso del cobre
Luego, se multiplica el volumen total de las piezas por el porcentaje de porosidad para obtener el volumen de cobre requerido. Además, se conoce el peso del cobre según su densidad.
Hacer placas de cobre
Puedes usar moldes de material compacto verde para hacer estas placas de cobre. O bien, prensar una pieza redonda de cobre y colocarla sobre la pieza intrincada. Una vez disuelta la placa de cobre, aún puede penetrar en todas las piezas.
Método de infiltración de cobre
La infiltración de cobre en la pulvimetalurgia normalmente emplea los dos métodos siguientes:
- Un método consiste en colocar placas de cobre sobre los componentes de polvo compactado. Luego, se envían juntos al horno de sinterización. Es más económico y no requiere operaciones adicionales.
- La otra opción consiste en colocar placas de cobre sobre las piezas sinterizadas y luego reintroducirlas en el horno de sinterización. Este método es más costoso, pero los componentes con cobre infiltrado presentan mejores propiedades mecánicas.
Porque, durante la primera proceso de sinterizaciónYa se ha formado un esqueleto entre los polvos metálicos y se ha producido la aleación. Esto favorece el proceso de infiltración. Además, las piezas metálicas sinterizadas poseen cierta resistencia, por lo que no hay que preocuparse por dañarlas durante el transporte.
Durante el proceso de infiltración de cobre, realizamos pruebas infiltrando diferentes pesos de cobre en los componentes. Esto nos ayuda a determinar la cantidad adecuada de cobre y a reducir costos.
Pruebas experimentales indican que se aplica un tratamiento de infiltración de cobre al 20 % a piezas de hierro con una densidad de 6.6-7.0 g/cm³. Su dureza superficial puede alcanzar HRB 96-99, y su resistencia a la compresión puede alcanzar 1120-1280 MPa sin necesidad de endurecimiento.
La metalografía de muestras antes y después de la infiltración de cobre
(a) Muestra de matriz; (b) Muestra con infiltración de cobre al 20%
Material adicional durante el proceso de infiltración
Además del cobre, también se añadirá algo de hierro, manganeso o zinc durante la infiltración en la metalurgia de polvos.
- Hierro
El propósito de añadir hierro es evitar que el hierro de las piezas se funda y cause abolladuras al fundirse el cobre. Por lo tanto, primero se añade hierro para presaturarlo.
- Manganeso, zinc
Para absorber el oxígeno del ambiente humectante y mejorar la humectabilidad del cobre al hierro, se puede añadir manganeso o zinc. Estos facilitan la entrada fluida del cobre en los poros de los componentes a base de hierro. Además, esto ayudará a eliminar los residuos.
Ventajas de la infiltración de cobre en PM
Aumentar la densidad
La infiltración de cobre mejora la densidad de las piezas pulvimetalúrgicas. Por ejemplo, las piezas a base de hierro suelen presentar problemas como baja resistencia y dureza insuficiente. La infiltración de cobre puede aumentar la densidad de las piezas a base de hierro hasta 7.5 g/cm³.3
Mejorar la fuerza
Además, el proceso de infiltración puede penetrar el cobre en los componentes de metal en polvo en un tiempo muy corto y difundirse al entorno para producir un fortalecimiento de la solución sólida, mejorando así la resistencia de la pieza.
Mejorar la conductividad térmica y eléctrica
El cobre es un material con alta conductividad térmica y eléctrica, por lo que la infiltración de cobre puede mejorar eficazmente la conductividad eléctrica y térmica de las piezas.
Rellenar los poros
La infiltración de cobre en los poros de las piezas ayuda a mejorar la superficie del recubrimiento. Esto evita que el líquido de recubrimiento penetre en los huecos internos de las piezas y provoque corrosión.
Aplicaciones del proceso de infiltración de pulvimetalurgia
Herramientas Eléctricas
La infiltración de cobre es ideal para su uso en herramientas eléctricas, como engranajes de transmisión, engranajes de impulsión, engranajes planetarios y portasatélites. Al rellenar los poros del metal base, la penetración del cobre aumenta la resistencia y durabilidad de las herramientas eléctricas.
Contribuye a conducir el calor en las herramientas eléctricas, evitando el sobrecalentamiento y alargando su vida útil.
Industria del automóvil
La infiltración de cobre en la pulvimetalurgia aumenta la resistencia y dureza de los componentes. Por lo tanto, los componentes con infiltración de cobre son ideales para componentes automotrices como engranajes, discos de embrague, ruedas dentadas y cubos sincronizadores.
Industria de maquinaria
La infiltración de cobre mejora la resistencia a la tracción del material y aumenta la durabilidad y fiabilidad de las piezas mecánicas. En conjuntos multicomponentes, las piezas infiltradas con cobre ofrecen una buena resistencia de sellado y unión. Esto aplica a diversos sistemas de sellado de presión hidráulica, como válvulas y bombas.
Impregnación vs. Infiltración
Tanto la impregnación como la infiltración en la pulvimetalurgia introducen aditivos para rellenar los poros de las piezas.
La infiltración rellena los poros de los componentes mediante la introducción de metal fundido. Suele ocurrir a altas temperaturas. Su objetivo principal es aumentar la densidad y la resistencia de las piezas.
Impregnación Introduce materiales no metálicos, como aceites y resinas, para rellenar piezas metálicas porosas. La impregnación se realiza generalmente a temperatura ambiente, aplicando alta presión para penetrar el material en los huecos internos de las piezas.
La impregnación de aceite mejora la lubricación del producto y el sellado de la superficie, mientras que la infiltración de resina ayuda a sellar los orificios. El sellado es importante para tratamientos superficiales posteriores como:
- Galvanizado
- Niquelado
- Cromado
- Dacromet
En nuestra producción, la infiltración de cobre también presentó algunos problemas. Por ejemplo, si la densidad de las piezas verdes supera los 6.9 g/cm³.3, es difícil ejecutar el proceso de infiltración.
Esto se debe a que algunos huecos en las piezas se han cerrado y no están conectados al exterior. El metal fundido no puede penetrar en los huecos internos, lo que generaría residuos metálicos.
Para productos con requisitos de alta resistencia o altura considerable, solemos realizar una segunda infiltración. Tras la primera, volteamos el producto y colocamos la pieza de cobre para una segunda infiltración.
Preguntas Frecuentes
1. ¿Cuál es la diferencia entre la sinterización en fase líquida y la infiltración en la pulvimetalurgia?
Sinterización en fase líquida Introduce un metal en fase líquida en el sustrato. Esta fase promueve la reorganización y la unión de partículas sólidas, lo que resulta en densificación y propiedades mejoradas.
La infiltración ocurre cuando un metal con un punto de fusión más bajo, como el cobre, se funde a altas temperaturas y penetra en los huecos metálicos por capilaridad.