Existe uma ampla gama de métodos de produção de pó metálico. Você já ouviu falar em atomização?
A atomização na metalurgia do pó é um processo que transforma metal fundido em pó usando um meio de atomização, como gás ou água.
Atomização de gás na metalurgia do pó
Os pós atomizados a gás são usados principalmente na moldagem por injeção de metal, prensagem isostática a quente e impressão 3D.
Processo de atomização de gás
É ideal para produzir pós metálicos finos, como:
- Pó de titânio,
- pó de aço inoxidável
- Pó de aço para ferramentas
- Pó de liga de níquel
- Pó de liga de ferro
A atomização de gás é uma forma comum de produzir pós metálicos MIM, mas o rendimento dos produtos acabados precisa ser melhorado ainda mais.
O processo de atomização de gás inclui 4 etapas:
- Fusão
Primeiro, os fabricantes derretem o bloco de metal em um cadinho.
- Atomização
Após a fusão do metal, o trabalho abre o tampão cilíndrico no fundo do cadinho. O metal fundido flui através do bico e é atomizado em gotículas por gás de alta pressão.
- Solidificação de partículas
As gotículas de metal se solidificam em pó durante o voo.
- Coleção
O pó metálico solidificado é depositado na câmara de atomização.
Projeto do bico
- Bico confinado
O bico confinado traz o gás muito próximo da saída do metal fundido, de modo que ele é atomizado imediatamente após sair do cadinho.
Além disso, a atomização é concentrada em uma área pequena e restrita, e mais energia do gás é utilizada na pulverização. Portanto, este método apresenta baixa perda de energia e é fácil de controlar o tamanho das partículas de pó. O bico confinado aumenta o número de partículas finas de pó (<10 μm).
- Bico de queda livre
Com um bico aberto, o metal fundido é atomizado abaixo da saída do cadinho. Portanto, esse método tem baixa eficiência de conversão de energia.
Parâmetros do processo
- Tensão superficial do líquido metálico
Durante o voo das gotas metálicas, a tensão superficial facilita sua formação em formas esféricas. A tensão superficial está relacionada à temperatura e à quantidade de elementos de liga.
- Viscosidade e temperatura do líquido metálico
Altas temperaturas de atomização resultam em menor viscosidade do metal fundido e tempos de solidificação mais longos. Por outro lado, baixas temperaturas de atomização levam a uma maior viscosidade do metal fundido, fazendo com que o líquido forme pós irregulares com mais facilidade.
Portanto, aumentar a temperatura de atomização ajuda o pó a ficar mais fino, mais esférico e com melhor brilho superficial. Para o aço inoxidável, a temperatura do aço fundido é tipicamente em torno de 1600 °C.
- Taxa de fluxo de gás, pressão e velocidade
Quanto maiores a pressão e a vazão do gás, mais fino será o pó metálico produzido. Geralmente, a pressão de atomização do gás fica entre 0.7 e 6 MPa.
- Tipo de meio de atomização
A atomização de gás geralmente usa o seguinte meio de atomização:
- ar é mais econômico e adequado para líquidos metálicos que não são severamente oxidados, como pó de cobre
- azoto é ideal para líquidos metálicos que são facilmente oxidados
- argão pode prevenir a nitretação
- Hélio ajuda a aumentar a taxa de resfriamento.
A pureza do meio de atomização é muito importante. Se o teor de oxigênio e vapor d'água for alto, o metal líquido será facilmente oxidado. Isso causará uma película de óxido mais espessa na superfície do pó formado. Isso também aumentará a viscosidade do metal líquido, dificultando a formação de uma forma esférica pelo pó, resultando em um brilho superficial ruim. Portanto, os fabricantes de materiais para metalurgia do pó adicionam uma pequena quantidade de silício para absorver o oxigênio durante o processo de atomização.
- Pressão e vazão do líquido metálico
Quanto menor a vazão do metal líquido, mais fino será o pó atomizado.
Prós e contras dos pós atomizados a gás
Vantagens
- Pó de alta pureza
- Baixo teor de oxigênio
- Alta densidade aparente
Desvantagens
- A taxa de resfriamento de gotículas de metal é lenta.
- Ao usar um forno de indução para fundir metal, o pó metálico produzido pode conter materiais de cadinhos, causando poluição.
Atomização de água na metalurgia do pó
Pós atomizados com água são usados em peças de metalurgia do pó devido ao seu baixo custo e à estreita distribuição do tamanho das partículas.
Definição
A atomização com água funciona como a atomização com gás. O metal fundido é despejado em um disco giratório e, em seguida, quebrado em gotículas por jatos de água de alta pressão. As gotículas resfriam em um banho-maria, formando pó metálico.
Durante o processo de atomização com água, uma pressão de água mais alta produz um pó mais fino. Para pó de ferro comum, a pressão da água varia de 3.5 a 50 MPa. Para pó fino usado em moldagem por injeção de metal, a pressão geralmente fica entre 50 e 150 MPa.
Vantagens e desvantagens da atomização de água
A atomização de água tem baixo custo de produção e boa resistência verde, mas as partículas metálicas produzidas têm alto teor de oxigênio.
Comparada à atomização a gás, a atomização a água produz partículas irregulares. Isso ocorre porque a água tem maior energia cinética e um impacto maior no metal fundido. Como resultado, as gotículas de metal se solidificam rapidamente durante o voo, e não há tempo suficiente para gerar tensão superficial e formar partículas esféricas.
No entanto, os pós podem ser bem interligados mecanicamente e a resistência verde após a prensagem é alta
Fatores que afetam o tamanho das partículas
De acordo com um estudo do Royal Institute of Technology, o tamanho das partículas de pós metálicos atomizados em água está relacionado aos seguintes fatores:
- Pressão da água
- Superaquecimento de fusão
- Tensão Superficial
- Configuração do jato de água
- Composição material
- Oxidação
Atomização de Plasma
No processo de atomização por plasma, a matéria-prima entra como um fio metálico. O fio metálico é então derretido por uma tocha de plasma e decomposto em partículas pelo gás de plasma.
Os pós metálicos produzidos por atomização por plasma têm cerca de 40 μm de tamanho, com uma distribuição granulométrica estreita. Esses pós são de alta pureza, esféricos e apresentam excelente fluidez, tornando-os ideais para manufatura aditiva ou impressão 3D.
Vantagens
- Pó altamente esférico
- Alta fluidez de pó
- Baixo teor de oxigênio, sem contaminantes
- Distribuição de tamanho personalizada
Além disso, o processo de atomização por plasma também pode esferoidizar pós metálicos de formato irregular. O princípio é alimentar pó metálico na chama de plasma, onde o pó é fundido novamente e esferoidizado pela tensão superficial. Esse processo é conhecido como esferoidização por plasma.
Atomização Ultrasônica
Este processo utiliza vibrações ultrassônicas para quebrar o metal líquido na forma de uma película fina em gotículas finas. Essas gotículas então se solidificam em partículas esféricas de pó.
O processo é capaz de produzir pós com tamanhos de partículas entre 20 e 100 nanômetros
O pó atomizado ultrassônico tem alta esfericidade e distribuição estreita do tamanho de partículas, mas sua quantidade é baixa.
Atomização centrífuga
Primeiro, o metal fundido é introduzido no disco giratório. A rotação de alta velocidade lança o metal líquido para fora, atomizando-o em pó.
Em equipamentos de atomização centrífuga, geralmente é introduzido gás inerte, o pó é menos oxidado e tem alta pureza.
Devido à rotação estável do processo de atomização centrífuga, a faixa de tamanho das partículas de pó é estreita e a aparência é regular e esférica.
Comparação da atomização de gás e água na metalurgia do pó
| Extração | Atomização de Gás | Atomização de Água |
|---|---|---|
| Metal | Aço rápido, aço inoxidável | Ferro, aço rápido, aço inoxidável |
| Tamanho da partícula | Não mais que 150 μm | Não mais que 150 μm |
| Forma de partícula | Forma esférica | Forma irregular |
| Preço | Ligeiramente alto | Médio |
| Aplicações | PM, MIM, HIP, AD | PM, MIM (exceto ferro) |
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre atomização e atomização na metalurgia do pó?
Em metalurgia do pó, "atomização" e "atomização" significam a mesma coisa. A diferença é puramente regional: "atomização" é usado no inglês americano, enquanto "atomização" é usado no inglês britânico.