O pó metálico é o ponto de partida do processo de metalurgia do pó, e suas características afetam profundamente as propriedades mecânicas e físicas das peças sinterizadas.
No entanto, a produção de pó metálico continua sendo um processo complexo até hoje. Felizmente, os fabricantes atualizam constantemente sua tecnologia de produção de pó.
Vamos dar uma olhada nos vários métodos de produção de pó metálico.
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Processo de Atomização
Você pode saber que atomização de gás e água são métodos comuns para a produção de pós metálicos. Todos eles quebram o metal líquido em gotículas e as atomizam em pó. A atomização com água é conhecida por seu grande volume de produção e baixo custo, mas resulta em pós com alto teor de oxigênio e formas irregulares. Em contraste, a atomização com gás produz pós com menor teor de oxigênio e formas mais esféricas. A atomização com gás é usada principalmente para produzir metais facilmente oxidáveis, como pó de titânio e pó de aço inoxidável, enquanto a atomização de água é comumente usada para produzir pó de ferro.
Para combinar as vantagens de ambos os métodos, os fabricantes desenvolveram a tecnologia de atomização híbrida. Nesse processo, o metal fundido é atomizado primeiro por gás e depois por água.
A Höganäs, líder mundial na fabricação de pós metálicos, desenvolveu a atomização por gás inerte com fusão por indução a vácuo (VIGA). A VIGA combina a fusão por indução a vácuo com a atomização por gás inerte para obter propriedades de pó superiores. É particularmente adequada para aplicações que exigem alta pureza e distribuição controlada do tamanho das partículas.
Decomposição Química
Processos de decomposição química são usados para fazer pós a partir de carbonilas metálicas e hidretos metálicos.
Pó de ferro e pó de níquel obtidos pelo método de decomposição química apresentam tamanhos de partículas muito pequenos, variando de cerca de 1 a 8 μm.
A carbonila de níquel é criada pela reação de blocos de níquel e materiais que contêm níquel com monóxido de carbono a 160 °C. Este processo requer uma pressão de 100-240 atm. Após a carbonila de níquel ser dessorvida no bloco de níquel, ela é decomposta em pó de níquel puro a uma temperatura de cerca de 230 °C.
Tipicamente, as partículas de pó de ferro carbonílico são esféricas e apresentam uma estrutura em casca de cebola. Além disso, as partículas de pó de ferro carbonílico são esféricas e muito finas (> 10 µm), em contraste com as partículas de pó de níquel, que são muito irregulares.
Redução
Além do processo de atomização, seus fabricantes costumam usar o método de redução para fabricar pó de ferro. Esse processo reduz o minério usando carbono ou hidrogênio.
Primeiro, o óxido de ferro é reduzido com monóxido de carbono para obter pó de ferro. Esses pós metálicos têm alto teor de oxigênio, baixa compressibilidade e não são adequados para moldagem.
Em seguida, o pó de ferro reduzido é recozido e descarbonetado a 800 a 900 °C em um forno de correia de aço. Por fim, é britado e peneirado para obter pó de ferro-esponja com boa compressibilidade e baixo teor de oxigênio e carbono.
Comparado com o pó atomizado em água, o pó de ferro produzido pela redução tem uma aparência irregular e muitas cavidades internas, comumente conhecido como pó de ferro esponja.
Além disso, materiais de metalurgia do pó Os fabricantes utilizam a redução para ajustar a densidade aparente do pó de cobre atomizado em água. Este processo consiste em oxidar o pó de cobre atomizado em água no ar e, em seguida, reduzi-lo a 500°C. A densidade aparente do pó de cobre pode ser reduzida para 2.0 g/cmXNUMX.3. No entanto, durante o processo de oxidação e redução, o pó de cobre fica propenso à aglomeração e requer trituração subsequente.
A redução tem as seguintes vantagens:
- Alta pureza do pó metálico, pureza superior a 99.5%
- Produz pó mais fino
- Alta eficiência de produção
Eletrólise
A eletrólise é ideal para produzir pó de cobre e pó de ferro.
Na célula eletrolítica, o ânodo é um bloco de cobre, o cátodo é de cobre de alta pureza ou aço inoxidável e o sulfato de cobre é usado como eletrólito. Durante o processo de eletrólise, íons de cobre são liberados do ânodo e depositados no cátodo.
Este processo é semelhante à galvanoplastia. O pó de cobre eletrolítico obtido pode ser lavado, filtrado, seco, recozido e triturado para obter pó de cobre de alta pureza. Geralmente, o teor de cobre é de 99.5% e o teor de oxigênio é inferior a 0.05%.
O pó de ferro eletrolítico possui alta compressibilidade, alta tenacidade e altas propriedades magnéticas. O pó de cobre eletrolítico apresenta as seguintes vantagens:
- Alta pureza
- Boa compressibilidade
- Boa força verde
- Baixa densidade aparente (cerca de 0.55 a 3.5g/cm3)
Entretanto, o processo de eletrólise é caro e propenso à poluição.
Processamento Mecânico
Para metais frágeis, os fabricantes obtêm os pós necessários por meio de processamento mecânico, incluindo:
- Atritoring
- Compressão
- fresagem
Esse processo tem baixo rendimento e o pó é facilmente contaminado.
Ao utilizar métodos mecânicos para produzir pós metálicos, tenha cuidado para que a temperatura do pó metálico aumente e cause problemas de combustão. Este problema é mais grave para pós altamente reativos, como pó de titânio.
Características do pó metálico
Quando você produz peças sinterizadas, você tem que levar em conta as propriedades do metal em pó.
Granulomeria:
Geralmente, pós metálicos têm um tamanho de partícula entre 1 e 1000 mícrons. Os métodos de medição do tamanho de partícula incluem espalhamento a laser, peneiramento e microscopia. Os formatos comuns de partículas incluem granular, esférica, em flocos e dendrítica.
Área da superfície
Para peças sinterizadas, quanto maior for a área de superfície do pó, maior será sua energia, menos estável será e mais fácil será processo de sinterização.
Densidade aparente
A densidade aparente é medida enchendo-se uma massa conhecida de pó em um recipiente com volume conhecido. Quanto maior a densidade aparente do pó, menor o atrito entre os pós e mais fácil o enchimento do molde.
Distribuição de tamanho de partícula
Uma distribuição estreita facilita a uniformização da embalagem e do processamento
Densidade testada
A densidade compactada é uma medida da densidade de um material em pó após ser compactado. É usada para medir a eficiência de compactação do pó.
Vazão: Representa o atrito entre os pós. É afetada pelo tamanho e formato das partículas do pó.
Compressibilidade
Refere-se à capacidade do pó de diminuir de volume sob pressão aplicada. Alta compressibilidade indica que o pó pode atingir alta densidade durante processo de compactação, o que é essencial para produzir componentes fortes e duráveis.
Composição química
A composição química dos pós metálicos precisa atender aos padrões de materiais da indústria. Certos elementos afetam as propriedades mecânicas das peças, como o teor de carbono, que afeta a resistência, a ductilidade e a tenacidade do produto.
Comparação de métodos de produção de pó metálico
Como a maioria dos pós é feita por métodos de atomização de gás, atomização de água, decomposição química e redução, fornecemos uma comparação rápida.
| Extração | Atomização de Gás | Atomização de Água | Decomposição Química | Redução |
|---|---|---|---|---|
| Metal | Titânio, aço inoxidável, aço rápido | Ferro, aço rápido, aço inoxidável | Carbonila de níquel, carbonila de ferro | Ferro |
| Tamanho da partícula | 10 a 300 μm com DP ≈ 2 | Mediana: 50 a 100 μm | <10 μm | <150 μm |
| Forma de partícula | Esférico | Irregular | Esférico ou em forma de ouriço | Irregular |
| Prós | Baixo teor de oxigênio Alta densidade verde |
Boa força verde Alto rendimento |
Alta densidade de sinterização | Com lacunas Baixo custo Alta resistência verde |
| Contras | Pacto verde fraco Baixo rendimento de pó fino |
Alto teor de oxigênio | Preço Alto | Baixa densidade verde |
| Solicitações | Metalurgia do pó, MIM, impressão 3D | Moldagem por injeção de metal | Moldagem por injeção de metal | Processo de PM convencional |
Precauções para manuseio de pó metálico
A segurança é a principal prioridade na produção de pós metálicos.
Pós metálicos podem facilmente causar problemas alérgicos nos trabalhadores. Além disso, a poeira também é um problema sério. Sabe-se que a maioria dos pós com mais de 10 μm são filtrados pelo sistema de filtragem do corpo humano. No entanto, pós menores que 1 μm (o diâmetro das partículas de fumaça de cigarro varia de 0.01 a 1 μm) são facilmente inalados pelos pulmões dos trabalhadores e entram na corrente sanguínea através dos alvéolos.
Para PM2.5, China, Estados Unidos e Japão têm os seguintes regulamentos.
Quando o tamanho das partículas do pó for muito pequeno, é preciso prestar atenção ao problema da combustão espontânea, e o transporte e o armazenamento devem ser cuidadosos.
| País | China | US | Japão |
|---|---|---|---|
| Média Anual (μg/cm³) | 35 | 12 | 15 |
| Média diária (μg/cm³) | 75 | 35 | 35 |
Perguntas frequentes
O que é fabricação de pó?
A fabricação de pós refere-se aos processos utilizados para produzir pós metálicos ou cerâmicos que servem como matéria-prima para metalurgia do pó, manufatura aditiva e aplicações relacionadas. Esses pós são projetados com composição química, tamanho de partícula, forma e pureza precisos para garantir um comportamento consistente durante a compactação e a sinterização.
Os processos comuns de fabricação de pó incluem:
Atomização: O metal fundido é quebrado em gotículas finas por gás ou água em alta pressão e se solidifica em pó. A atomização a gás produz partículas esféricas com boa fluidez, enquanto a atomização a água produz partículas irregulares com maior compressibilidade.
Redução Química: Óxidos metálicos são reduzidos por hidrogênio ou monóxido de carbono para formar pós metálicos. Este método é comumente usado para ferro, cobre e tungstênio.
Deposição eletrolítica: O metal é depositado a partir de um eletrólito em um cátodo, depois removido, seco e pulverizado em um pó fino e de alta pureza. É normalmente usado para cobre, níquel e ferro.
Como os metais em pó diferem dos metais tradicionais?
A metalurgia do pó produz metais em pó compactando e sinterizando pós metálicos finos abaixo do seu ponto de fusão. O processo permite a formação de geometrias complexas, alta utilização de material e controle preciso da microestrutura. Métodos tradicionais como fundição, forjamento e usinagem moldam metais sólidos, frequentemente resultando em maior desperdício e menor flexibilidade de projeto.
Qual método é adequado para produzir pós de ferro?
A maioria dos pós de ferro é produzida por um de dois processos: redução ou atomização em água.
A atomização de água tem boa eficiência econômica e grande rendimento.
O pó de ferro-esponja produzido pelo método de redução tem um formato de pó irregular e um bom efeito de travamento mecânico.
Além disso, o tamanho das partículas é geralmente superior a 20 mícrons, o que é adequado para a fabricação de peças de alta resistência e formatos complexos. Também é adequado para a fabricação de rolamentos que contêm óleo.
Qual é a vazão do pó de ferro?
Em termos gerais, a vazão média do pó de ferro é de 25 a 35 s/50g.
Tomando o ATOMET DB46 como exemplo, a vazão medida de acordo com o método de teste ISO4490 é de 25.62 s/50 g.
O que é Nano Metal Powder?
Pó nanometálico refere-se a pós com menos de 100 nm (0.1 μm). O pó nano tem tamanho de partícula extremamente pequeno, alta atividade e é fácil de oxidar.