UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA
MECNICA4TO. INFORME DE LABORATORIO
SINTERIZACIN
CIENCIA DE LOS MATERIALES II MC115 -CPROFESOR:Ing. VERA ERMITAO
JorgeINTEGRANTE:MOLINA MOSCOSO Dennis Ahmed 20112050D
FECHA DE PRESENTACIN:26/11/2011Lima Per
NDICE INTRODUCCIN3FUNDAMENTO
TERICO4Pulvimetalurgia4PROCESO4CERMETS4POLVOS DE METAL5FABRICACIN
DE POLVOS METLICOS6PROCESOS DE
FABRICACIN6COMPRESIN6SINTERIZADO9IMPREGNACIN9INFILTRACIN9TRATAMIENTO
TRMICO10ELECTRODEPOSICIN10MAQUINADO10OPERACIONES DE ACABADO10DISEO
DE PARTES DE METAL EN POLVO11PRODUCCIN DE LOS POLVOS
METLICOS12Modelo de desarrollo del proceso de tratamiento de
sinterizado13DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS
UTILIZADOS13Materiales17DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO18DATOS
RECOGIDOS EN EL LABORATORIO19CALCULOS Y
RESULTADOS20CUESTIONARIO:22CONCLUSIONES28Bibliografa28
INTRODUCCIN
El uso de los metales en polvos se remonta a varios centenares
de aos atrs. Pero fue apenas en el siglo pasado que, debido a
avances tecnolgicos de la segunda guerra mundial, la industria de
la pulvimetalurgia se cre como tal. Desde entonces y gracias a sus
continuos avances y la calidad y utilidad de sus productos ha
crecido ms rpidamente que cualquier otro proceso de manufactura de
piezas metlicas.
Lametalurgia de polvoses un proceso de fabricacin que, partiendo
de polvos finos y tras su compactacin para darles una forma
determinada (compactado), se calientan en atmsfera controlada
(sinterizados) para la obtencin de la pieza.Este proceso es
adecuado para la fabricacin de grandes series de piezas pequeas de
gran precisin, para materiales o mezclas poco comunes y para
controlar el grado de porosidad o permeabilidad.Algunos productos
tpicos sonrodamientos,rboles de levas,herramientasde
corte,segmentos de pistones, guas de vlvulas, filtros, etc.
FUNDAMENTO TERICO PulvimetalurgiaLa pulvimetalurgia es un
proceso de conformacin metlica, como la forja, o el moldeo, Esta
tcnica presenta un control dimensional muy exacto. La
pulvimetalurgia abarca las etapas comprendidas desde la obtencin de
polvos metlicos hasta las piezas acabadas, es decir, produccin de
polvos, mezcla, aglomeracin, sinterizacin y acabado. Su competidor
ms directo es el moldeo de precisin o moldeo a la cera perdida. La
industria pulvimetalrgica se basa en la produccin de grandes series
en las cuales el costo del mecanizado influye decisivamente en el
costo del producto sinterizado.PROCESOEl proceso de
pulvimetalurgia, consiste en prensar polvos metlicos para darles
forma determinada; el prensado se hace con prensas similares a las
de los procesos normales de formado con matrices ms complejas y los
materiales en polvo se deben someter a tratamiento trmico en un
horno para sinterizarlos. La primera aplicacin en la industria
moderna fue la formacin de alambres con materiales en polvo que
eran muy duros para trabajarlos o fundirlos. La metalurgia de
polvos es muy usada para formar una gran cantidad de piezas
pequeas, en este proceso es factible fabricar o trabajar ciertos
materiales que por otros medios es casi imposible. Los puntos de
fusin de los metales refractarios como el Tungsteno (3000 C), el
Titanio (2996C) ) y el Molibdeno (2620C) son muy difciles de
trabajar.Otras sustancias como el Zirconio (1900 C) reaccionan
intensamente con los medios ambientales cuando se funden. La
metalurgia de polvos es una forma prctica para refinar y fabricar
piezas de estos metales, tambin es el nico mtodo factible de
consolidar y formar los materiales separados para herramientas,
como los carburos cementados y los xidos sinterizados. Las
combinaciones de los metales y no metales que no son obtenibles en
forma econmica, por aleacin es posible gracias al proceso de
metalurgia de polvos, esto es de valor particular en la industria
elctrica, como en los imanes y en las escobillas de motor donde los
puntos de contacto deben tener conductividad apropiada para ser
resistentes al desgaste y al aire. Las escobillas se hacen de polvo
de cobre, grafito y algunas veces estao, y para los puntos de
contacto se requieren combinaciones como Tungsteno, cobre o
plata.CERMETSLa metalurgia de polvos hace posible una clase de
materiales conocidos como CERMETS, o combinacin de metales y
cermicos, con la resistencia de los metales o aleaciones y la
resistencia a la abrasin y al calor de los compuestos metlicos. Los
CERMETS tienen diferentes aplicaciones como en aparatos qumicos
resistentes a la corrosin, equipo para energa nuclear, bombas para
servicios severos y sistemas para manipular combustible de cohetes.
Este proceso abarca la preparacin de los polvos y su conformacin
por prensado en caliente en artculos tiles. En forma bsica un polvo
de metal se compacta en forma deseada y se calienta para reforzar
el compacto por sinterizado.POLVOS DE METALLas composiciones ms
usadas son los polvos en base de cobre o de hierro, latn y acero
para partes estructurales, bronce para cojinetes. Otros de
importancia aunque en cantidades menores son acero inoxidable,
aluminio, titanio, nquel, estao, tungsteno, cobre, zirconio,
grafito y xidos metlicos y carburos. Se usan polvos de metal puro
para ciertas partes y aleaciones para otras. Estas ltimas pueden
obtenerse aleando un metal antes del pulverizado y por el mezclado
de polvos de los ingredientes deseados. Las principales
caractersticas de los polvos metlicos son la forma, el tamao y la
distribucin de las partculas, la pureza, la estructura del grano,
la densidad, la velocidad de flujo y la compresibilidad. La mayora
de los polvos de metal se obtienen por reduccin de mineral
refinado, de escoria de laminacin u xidos preparados por monxido de
carbono o hidrgeno, los granos tienden a ser porosos.Los metales
pueden atomizarse en una corriente de aire, vapor o gas inerte.
Algunos pueden fundirse por separado e inyectarse a travs de un
orificio en la corriente. Otros como el hierro, y el acero
inoxidable, pueden fundirse en un horno elctrico (como aspersin del
metal).En condiciones controladas el polvo de metal puede
depositarse electrolticamente. Se calienta para recocerlo y
expulsar el hidrgeno, se selecciona y se mezcla. Los polvos
electrodepositados se encuentran entre los de ms pureza y tienen
caractersticas dendrticas. La molienda en los molinos de bolas,
martillos, trituradores, es un medio para producir polvos casi de
cualquier grado de finura a partir de metales frgiles o metales
maleables. Los granos de carburo de tungsteno se pulverizan en esta
forma, algunos metales maleables se muelen con un lubricante en
hojuelas y son usados para pinturas y pigmentos. Puede hacerse que
el nquel o el hierro reaccionen con monxido de carbono para formar
carbonilos metlicos como el NICOLA. Estos se descomponen en polvos
finos de metal de alta pureza, de grano uniforme y en partcula
redondas.
FABRICACIN DE POLVOS METLICOSPerdigonado: es el proceso de dejar
caer al agua, partculas fundidas, desde una abertura pequea pasando
a travs de aire o de un gas inerte.Otros mtodos usados de hacer
polvos de metal, incluyen el maquinado.
AtomizadoPROCESOS DE FABRICACINLas operaciones bsicas de
compactar y calentar pueden combinarse en diversas formas en los
procesos para la fabricacin de polvos de metal. Adems las
operaciones de compresin y sinterizado son variadas y se controlan
para adecuarse a muchas condiciones.
COMPRESINEl efecto de la presin en el metal en polvo es
comprimir las partculas para colocarlas en su lugar, iniciar
enlaces interatmicos e incrementar la densidad de la misma. En
forma terica si un polvo se comprime lo suficiente, alcanzar el
100% de la densidad y resistencia del metal padre, cuando menos al
ser sinterizado. La mayora de las partes se comprimen en fro, a
veces pueden comprimirse o forjarse subsecuentemente. La compresin
en caliente produce la mayor exactitud. La forma de la partcula
adecuada, el tamao, la distribucin del tamao, la seleccin cuidadosa
y la mezcla son necesarios para obtener una parte comprimida
satisfactoria. Las mejores ligas se obtienen entre partculas
abruptas, pero las partculas redondas fluyen mejor en el molde y
bajo presin. La forma en que el polvo llena el dado determina la
velocidad de operacin.El metal en polvo se comprime en una cavidad
o dado para tomar la forma de la parte mediante uno o ms punzones.
La calidad depende de empacar con uniformidad el material. El
material en polvo no fluye con facilidad en las esquinas y los
recesos como los fluidos. La friccin es alta entre las partculas y
las paredes del dado. Por tanto, un solo punzn no puede compactar a
densidad uniforme cualquier parte, sino solo las ms simples. Las
partes que en particular tienen escalones, paredes delgadas,
bridas, etc., deben comprimirse con dos o ms punzones para
distribuir uniformemente la presin a travs de las secciones. Las
partes ms complejas pueden requerir hasta dos movimientos
superiores y tres o cuatro movimientos inferiores del punzn e
incluso ciertos movimientos laterales al corazn se suministran por
la prensa.La compresin de polvos normalmente se hace en prensas
diseadas especficamente para tal propsito. Se evala una de dichas
prensas por la fuerza que puede suministrar y por la mxima
profundidad de la cmara de dado que puede acomodar. La medicin de
la fuerza determina el rea de la seccin transversal de la parte ms
grande que puede sujetarse a una presin dada. La profundidad de la
cmara del dado, llamada lleno de dado, determina que tan profundo
puede ser el llenado de polvo en un dado. Esto limita la longitud
de la parte comprimida a razn de la profundidad de polvo respecto a
la longitud de la parte compactada de 2:1 a 3:1 para el hierro y el
cobre y hasta de 8:1 para algunos materiales.
Mquina para inyeccin de polvos
Prensado de los polvosOTROS MTODOS DE COMPACTACINEl metal en
polvo puede colarse, deslizndolo en moldes. El polvo se dispersa en
un lquido que contiene qumicos para mojar las partculas y ayudar a
distribuirlas en la masa del molde. El molde puede ser poroso para
absorber lquido libre y puede vibrarse para densificar el compacto.
Las partes coladas por deslizamiento se sinterizan despus para que
tengan resistencia adecuada. Se usan agregados de fibra para la
absorcin del sonido y de la vibracin o como refuerzo para los
plsticos y metales. El costo del molde es bajo y es econmico para
partes que son complejas o en pequeas cantidades.Un mtodo para
polvos pesados, como el carburo de tungsteno, es la compactacin
centrfuga. El polvo se hace girar en un molde y se empaca con
uniformidad y a presiones hasta de 3 Mpa(400 psi) en cada partcula.
El metal en polvo tambin se moldea por inyeccin, el lodo del polvo
en agua o mezclado con un material termoplstico se inyecta en un
dado, el aglutinante se remueve en el sinterizado. Se compactan
cintas continuas y varillas laminando piezas de cobre, latn,
bronce, monel, nquel, titanio, acero inoxidable o fibras.Una forma
de aplicar la presin para obtener una densidad uniforme es encerrar
el polvo en un molde con forma de plstico o hule con la forma
deseada y sumergirlo en un gas o lquido en una cmara bajo presin de
70 a 700 Mpa. Pueden elaborarse partes complicadas asimtricas y
grandes con ms facilidad que con otros mtodos, los dados de metal
no son necesarios.El polvo de metal, en contenedores de metal o
cermica y las preformas, se sujetan a presiones de gas tan altas
como 350 Mpa(50.000 psi) a temperaturas hasta 2200C en la compresin
isosttica caliente. Se ha encontrado que esto es efectivo para
metales refractarios, cermicas, cermets y polvos esfricos que no
responden a la compresin en fro. Los polvos de acero inoxidable,
uranio y zirconio se sellan en latas y se compactan al ser extrudos
a travs de dados mientras estn protegidos de la contaminacin.Los
tubos largos pueden compactarse magnticamente, el metal en polvo se
vierte rodeando un mandril dentro de un conductor coaxial, se pulsa
una corriente de 1 MA a travs de conductores y se establece el
campo magntico que oprime el conductor interno contra el
compacto.SINTERIZADOEl sinterizado refuerza los enlaces entre las
partculas formando un compacto de metal en polvo. En todos los
casos esto ocurre debido a que los tomos de las partculas en
contacto se entremezclan, los constituyentes del compacto pueden o
no fundirse. Si existe un solo constituyente como en el sinterizado
del polvo de hierro, se presenta una sola fase continua. En
compactos de dos o ms metales diferentes, se forman fases de
compuestos intermedios en los puntos de liga de las partculas. Con
el sinterizado, las reas ligadas crecen y el material llena los
vacos entre las partculas. Se ha comprobado que la difusin y el
movimiento de los tomos en las superficies de las partculas son las
actividades principales en las etapas iniciales del sinterizado. La
tensin superficial es la fuerza que impulsa a reducir el rea de la
superficie, redondeando y suavizando las irregularidades
superficiales.El sinterizado por chispa se hace colocando polvo
suelto en un dado, se pasa una corriente intensa a travs de l y se
aplica a presin al mismo tiempo. Una corriente inicial limpia la
capa de xido de las partculas de polvo, para facilitar la unin de
las superficies, una corriente calienta la masa bajo presin, ste
proceso se ha desarrollado en la industria aeroespacial para la
elaboracin de muchas de sus partes.IMPREGNACINLos cojinetes de
polvo metlico se pueden impregnar con aceite, grafito, cera u otros
lubricantes, se obtiene un cojinete sellado, libre de
mantenimiento, con el lubricante ya integrado, no se necesita
lubricacin desde el exterior. Estos productos se aplican en bujes,
bombas de agua, alternadores, motores de arranque y equipo similar.
Las partes de metales en polvo y todas las clases de colados como
monobloques de motor, cajas de engranajes, cuerpos de bomba y
muchos ms se impregnan para sellar los poros y evitar fugas en
servicio. Esto se hace con silicato de sodio, resinas polister o
polmeros anaerbicos.INFILTRACINLa infiltracin consiste en reforzar
el producto de polvo y hacerlo ms denso al colocar una pieza
metlica slida sobre la pieza formada con polvo y sinterizada para
luego volver a sinterizar ambas piezas. La segunda pieza se funde y
la absorbe el objeto poroso hecho con el polvo. Este proceso
imparte cualidades de tenacidad, durabilidad, resistencia y
densidad al producto hecho con polvo metlico. Polvo de
hierro-cobre. La infiltracin aumenta la resistencia de 70% a 100%.
Las partes de hierro pueden tener carbono agregado a la mezcla
original o carburizarse despus del sinterizado, luego el
tratamiento trmico de temple y revenido.TRATAMIENTO TRMICOLos
productos de polvos metlicos se pueden someter a tratamiento trmico
por los mtodos convencionales para mejorar la dureza, tenacidad y
otras propiedades metalrgicas deseables, el perodo de calentamiento
debe ser ms largo que para piezas similares de material macizo,
pero el enfriamiento debe ser ms rpido, debe evitarse la oxidacin
por medio de atmsferas protectoras. La oxidacin puede disminuir la
resistencia y producir puntos dbiles e impurezas en el objeto. Los
problemas con la oxidacin son ms serios con los metales en polvo
que con los macizos.ELECTRODEPOSICINSe pueden electrodepositar la
mayora de los metales en los productos de metal en polvo, como
cobre, oro, plata, cromo y otros. La porosidad de las piezas de
metal en polvo presentan algunos problemas que no se encuentran en
los metales macizos, estas piezas se suelen impregnar con
sustancias resinosas o plsticas para evitar la absorcin de la
solucin electroltica. Los objetos de polvos metlicos se pueden
trabajar con operaciones similares al punzonado y acuado, se
calientan despus, para aumentar su dureza y tener ms uniformidad en
la estructura y densidad de los granos.MAQUINADOEl maquinado suele
hacerse con mtodos convencionales, que no requieren adaptaciones al
herramental o a las mquinas, no se usan aceites para corte, debido
a la porosidad de los objetos, como no se tiene enfriamiento, se
genera un intenso calor durante el maquinado, que disminuir la
duracin de las herramientas de corte. En algunas situaciones en las
cuales se necesita utilizar lubricantes, se emplean lquidos
voltiles y disolventes, los cuales se evaporan con rapidez y no
dejan manchas ni residuos.OPERACIONES DE ACABADOEstas imparten
propiedades o caractersticas especficas a las partes de metal: la
infiltracin, tratamiento trmico, impregnacin y maquinado. Las
partes de metal en polvo pueden volverse a comprimir despus del
sinterizado. Esto se denomina dimensionado si se hace para mantener
dimensiones y acuado para aumentar la densidad. La recompresin
puede hacerse en prensas compactadoras o en prensas ordinarias.
Las partes de precisin hechas a partir de los polvos, como
engranajes, tiene que determinarse el tamao para incrementar su
precisin y su densidad.DISEO DE PARTES DE METAL EN POLVODeben
observarse varias reglas para disear partes en forma apropiada y
mantener las partes tan pequeas como sea posible. Las formas ms
fciles de comprimir son los cilindros, cuadrados y rectngulos. Son
mejores las piezas planas. Los pasos agregan dificultad para
obtener la homogeneidad. Deben evitarse aristas y esquinas agudas,
filos delgados y ranuras profundas ya que debilitan las
herramientas, las preformas y las partes terminadas. Una parte no
debe tener contrasalidas que eviten que se saquen del dado cuando
se compactan. Las paredes que son muy delgadas se vuelven difciles
de llenar, la longitud de una parte no debe exceder de dos a tres
veces su dimetro. Se deben evitar esquinas agudas en los
ensanchamientos. Se deben tener un radio de curvatura en los
cambios de seccin.Las secciones delgadas o gruesas no deben estar
contiguas entre s porque tienen diferente expansin con el calor y
causan grietas. Las paredes que son muy delgadas se vuelven
difciles de llenar. La longitud de una parte no debe exceder de dos
a tres veces su dimetro. Las secciones delgadas o gruesas no deben
estar contiguas entre s porque tienen diferente expansin con el
calor y causan grietas. Las tolerancias ms prcticas son de ms o
menos 20 um/ cm para dimetros y ms o menos 30 um/ cm a lo largo.
Los polvos metlicos no llenan bien los dados que tienen bordes
agudos. Deben preferirse diseos con aristas redondeadas.
PRODUCCIN DE LOS POLVOS METLICOSExisten tres procesos
principales para producir el metal base y luego reducirlo a polvo.
Normalmente los polvos se hacen con metales que se han procesado en
forma especfica para pulverizarlo. Algunos metales destinados a la
pulverizacin se producen con electrlisis, incluyen hierro, plata,
tantalio y cobre. Algunas aleaciones de hierro, nquel, cobalto,
molibdeno y tungsteno tiene un alto contenido de impurezas y se
producen por reduccin del metal en un horno. El tratamiento en
horno, debido a los gases y la oxidacin, suele dejar mayor cantidad
de impurezas que en los metales producidos por electrlisis o en
hornos de induccin.La accin del molino de bolas se ilustra como una
molienda continua que se realiza al girar el tambor.
Trituracin de polvos
El laminado de polvos puede producir tirasde metales difciles de
trabajar, refractarios oreactivos.
Modelo de desarrollo del proceso de tratamiento de
sinterizadoDESCRIPCION DE LOS EQUIPOS UTILIZADOSMaquina medidora de
esfuerzo Traccin
Esquema de la mquina universal AMSLER para ensayos de traccin,
compresin, flexin y doblado de diversos materiales5
1. Puente de trabajo.2. Tirantes de unin.3. Cilindro operador.4.
Puente fijo.5. Columna.6. Puente de traccin.7. Bancada.8. mbolo.9.
Apoyos para la prueba de flexin.10. Hilo.11. Varilla del pndulo.12.
Contrapeso.13. Palanca del dinammetro.14. Tirante.15. mbolo de
accionamiento del dinammetro.16. Cilindro del dinammetroVernierEl
nonio o vernier es una segunda escala auxiliar que tienen algunos
instrumentos de medicin, que permite apreciar una medicin con mayor
precisin al complementar las divisiones de la regla o escala
principal del instrumento de medida.
Lijas de diversas medidasSe utiliz agua normal de cao con un
chorro sin mucha intensidad, cuyo propsito era impedir el
calentamiento de la probeta ya que si no se aplicaba este, se podra
alterar la estructura de la superficie, modificando as los
resultados.Las lijas usadas en la experiencia fueron de 180, 360,
600, 800, 1000 y 1200.El tamao de las lijas estaba hecha por la
divisin de una pulgada entre sus respectivos nmeros sea mientras
mayor era el nmero de la lija ms fina era esta.Pulidor mecnico:El
pulidor se encuentra conformado de una plataforma giratoria en
forma circular sobre el cual est colocado un determinado pao de
tela, la probeta se colocaba por encima de esta superficie de
manera que lo roce con la intencin que esta sea pulida, se us como
polvo abrasivo la almina que es en realidad el que le da el pulido
final. Tambin se le agrega un poco de agua, con el objeto de
mantener frio el pulidor y evitar de esta manera que se caliente la
probeta, lo cual alterara su estructura interna.
La almina:La almina es el xido de aluminio (Al2O3). Junto con la
slice, es el componente ms importante en la constitucin de las
arcillas y los barnices, confirindoles resistencia y aumentando su
temperatura de maduracin.El xido de aluminio existe en la
naturaleza en forma de corindn y de esmeril. Tiene la
particularidad de ser ms duro que el aluminio (el punto de fusin de
la almina es mayor que el del aluminio).Siguiente el proceso ms
usual para la obtencin de alumina, se logra un tamao medio de las
partculas de 0,5 micras y de dureza de 9 en la escala de Mohs.
Fsicamente en este tipo de alumina sus partculas son esferoidales y
pierden fcilmente sus aristas y vrtices cortantes durante el uso
del pulidor porque se redondean.
Microscopio Metalogrfico:El microscopio utilizado era de la
marca Carl Zeiss Jena, este nos permiti observar las diversas
probetas. Su operatividad era bastante sencilla, ya que solo se
giraba un eje para acercarse o alejarse. Este microscopio tambin
nos permite observar la microestructura del material que estamos
observando.
Nital, alcohol, algodn y secadoraEn la experiencia usamos el
NITAL para todas las probetas atacadas aunque su uso es
principalmente para la gran mayora de los metales ferrosos. El
tiempo de aplicacin fue de 3 a 5 segundos. Despus se limpiaba con
algodn con alcohol para luego secar completamente el material con
secadora.
Molde de aceroPara la compactacin de los polvos, sern necesarios
moldes para darle forma a los polvos en el momento de la
compactacin.
MaterialesCobre electrolitico
Grafito
DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO Se mezcla el cobre con el grafito
en proporciones de peso del 96% y 4% junto con 2 a 3 gotas de
aceite como glutinante.
Se realiza la compactacin de los polvos en moldes de acero
templado por medio de la maquina universal AMSLER a cargas de 4 y
3,5 y 2,5 toneladas para cada probeta.
Se procede a la sinterizacin de las 3 probetas a 800C a iguales
condiciones. Se realiza el lijado de las 3 piezas removiendo los
xidos formados en la sinterizacion listas para medir sus masas y
sus dimensiones.
Se realiza el lijado y pulido para tomar fotografas antes del
ataque qumico.
A continuacin se hizo el ataque quimico de cada una de las
probetas para ver su estructura interna.
Finalmente se miden las durezas en escala Rockwell H
DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIOAntes del sinterizadoMasa: 10,4
gProbetaaltura(mm)diametro(mm)Densidades(g/cm3)
110.3313.96.6346
210.9213.86.3674
311.813.95.8081
Despus del sinterizadoProbetaPeso total (g)Peso hoja (g)Peso
neto (g)
19.92520.43799.4873
29.90470.43839.4664
39.87050.43619.4344
ProbetaLongitud (mm)Dimetro (mm)
19.8413.55
210.3813.44
311.1413.26
ProbetaDureza HRHCarga de compactacin
1424 ton
2263.5 ton
3652.5 ton
CALCULOS Y RESULTADOS
1era Probeta Sin ataque y con ataque2da Probeta
Sin ataque y con ataque3ra Probeta
Sin ataque y con ataqueCUESTIONARIO:Qu mtodos existen para
obtener cobre en polvo para sus aplicaciones en metalurgia de
polvos?Existen 4 mtodos importantes usados actualmente para obtener
el polvo de cobre usado en la metalurgia de polvos: atomizado,
electrlisis, hidrometalurgia y reduccin del estado slido.Atomizado:
Consiste en fundir el cobre para golpearlo posteriormente con un
chorro de gas o lquido, usualmente agua, para dividirlo en
partculas que solidificarn rpidamente. La forma y el tamao de las
partculas es influenciada por la naturaleza del medio atomizante y
por la presencia de elementos desoxidantes, como el fsforo, aunque
en esta etapa del proceso, la forma del cobre granulado no es
importante. Luego se oxida el granulado para modificar drsticamente
la forma del grano, que puede variar desde una estructura esponjosa
y porosa, hasta una totalmente slida. En la prctica, la oxidacin se
da en aire a una temperatura de 650C.Posteriormente, se muele el
granulado, que tiene aproximadamente entre 0.5 y 0.1 milmetros de
dimetro, para reducirlos a un polvo irregular de aproximadamente
50-100 micras de longitud. Despus de la molienda, se reduce el
polvo en una atmosfera de hidrgeno, amoniaco disociado, monxido de
carbono u otro gas. Los ms usados son, sin embargo, hidrgeno y
monxido de carbono, siendo el hidrgeno preferido sobre el monxido
de carbono a bajas temperaturas, mientras que a altas temperaturas
se usa cualquier mezcla que involucre a uno de los gases. El
proceso de reduccin es el ms importante pues regula la porosidad de
la partcula, el tamao de los poros y distribucin de tamao del
polvo, y la temperatura de reduccin regula la porosidad interna;
altas temperaturas resultan en una porosidad interna fina, una
superficie especfica grande y una reduccin generalmente completa,
bajas temperaturas resultan en una porosidad interna gruesa y una
superficie especifica pequea.Tras la reduccin, el cobre esta como
una plancha porosa. Se le hace pasar por un triturador de mandbula
y luego se le hace pasar por muelas hasta finalmente hacerlo polvo.
Este mtodo tiene por caractersticas un endurecimiento moderado y
buena compresibilidad y dureza Green. A las piezas acabadas
usualmente se les cubre con antioxidantes para evitar que se
oxiden, pues reduce sus propiedades fuertemente.En resumen, el
atomizado es un proceso verstil que puede cubrir la mayora de
polvos requeridos por la mayora de los rubros de cualquier
industria.
Electrlisis: En este proceso se aplican los mismos conceptos que
en el electro refinamiento del cobre, solo que en lugar de obtener
una capa solida de cobre, lo que se desea es un depsito esponjoso o
pulverulento. La formacin de estos depsitos en el ctodo se realiza
mediante una concentracin baja de cobre en el electrolito, alta
concentracin de cido y una alta densidad de corriente en el ctodo,
aunque para la obtencin de polvos que cumplan los requerimientos
comerciales hay que cumplir otras condiciones.La composicin del
electrolito, as como las condiciones de operacin (densidad de
corriente y temperatura) determinan la eficiencia del proceso,
mientras que el mtodo de remocin del polvo, que usualmente es la
extraccin mecnica por medio de cepillado, es el que determina el
tamao de las partculas.Despus de terminar la electrlisis, se drenan
los tanques y se deben de lavar las partculas, pues de lo contrario
las propiedades fsicas se deterioran considerablemente. Para lavar
el polvo se pueden usar surfactantes, porque lo protegen de la
oxidacin, al igual que una capa acuosa de gelatina.Tras el lavado
del polvo, se le pasa a travs de un horno que est entre 480C y 760C
-diferentes temperaturas generan diferentes dimensiones y
propiedades- para secarlo y posteriormente llevarlo a la
molienda.
Hidrometalurgia: Consiste en preparar un lquido gestante o hacer
una lixiviacin a partir de cobre en bruto, o materiales adecuados
que contengan cobre, para luego hacer una posterior precipitacin
del material. Para el cobre especficamente, se usan los procesos de
cementacin, reaccin con hidrgeno o dixido de azufre y
electrlisis.En la etapa de lixiviacin, se forma parcialmente
sulfato de cobre junto con otros compuestos cidos. La formacin de
cidos es importante porque promueve la oxidacin y lixiviacin de los
minerales de cobre, y previene la hidrlisis de las sales
ferrosas.El proceso de cementacin consiste en agregar un metal
menos noble, (o ms reactivo) que el que se quiere precipitar, en el
caso del cobre se aade chatarra de hierro y luego se separa, lava,
reduce y se pulveriza, dejando como resultado un polvo de cobre que
contiene hierro y sustancias insolubles como almina y slice. El
proceso de reduccin con hidrgeno se puede realizar con varias
soluciones, cido sulfrico, carbonato amnico de amonio entre otros,
se han usado para producir cobre en polvo. Lixiviacin de cobre
cementado con cido sulfrico se ha realizado para obtener cobre casi
al 100% de pureza.
Reduccin: del estado slido: Consiste en moler xidos de cobre
hasta un tamao de partculas de control que varan segn el tamao de
grano deseado, y posteriormente se le reduce con un gas, que
comnmente es monxido de carbono, gas de hidrgeno o gas natural
craqueado, en una atmsfera de temperatura menor a la temperatura de
fusin del cobre.El tamao y forma de las partculas se puede
controlar en cierta medida, controlando el tamao y forma de los
xidos de cobre, la temperatura de reduccin, y la presin y el flujo
del gas. El polvo resultante se muele, se clasifica y se lica hasta
tener las especificaciones deseadas.La pureza del polvo depende
principalmente del xido, pues en este proceso no se da ningn tipo
de refinamiento. Usualmente los polvos producidos de esta manera,
aparecen porosos con altas densidades aparentes y durezas Green.Qu
aplicaciones tiene la metalurgia de polvos de aleaciones a base de
cobre? - Preparacin de metales pesados o pseudoaleaciones con un
contenido 85-95% de wolframio, 3-10% de nquel y 2-5% de cobre.
Estos materiales se caracterizan por tener una altsima densidad y
se utilizan para la fabricacin da girscopos, pantallas para rayos x
y rayos gamma, apantallamiento de centrales nucleares, etc.- Una de
sus aplicaciones consisten en la elaboracin de las escobillas de
motor, donde los puntos de contacto deben tener conductividad
apropiada para ser resistentes al desgaste y al aire.- Otra
aplicacin es para la elaboracin de bocinas de cobre grafitado.La
siguiente figura muestra las propiedades del cobre puro
sinterizado. Cmo afecta a la elongacin y a la resistencia mecnica
la presencia de los poros?
Como se puede observar en la figura, a medida de que la
porosidad disminuye y la densidad aumenta, la resistencia mecnica
se hace mayor y la elongacin aumenta. Y esto debido a que existe
mayor superficie de contacto entre las partculas (aumenta el grado
de cohesin), mejorando asi la resistencia a la traccin. La
siguiente figura muestra las propiedades del cobre sinterizado,
entre otros, para una compresin uniaxial. Para las condiciones de
la compresin aplicada, qu porcentaje de la densidad se esperaba
obtener en caso de haber tenido polvos de composicin 100% de cobre.
Para la primera Probeta con carga de 4000 Kg (39240N) y el dimetro
de la probeta es de 13,55mm (0.01355m) El rea =1.442x10-4 m2.
Haciendo los clculos, la presin aplicada fue de 272,12205 MPa
aproximadamente. Por el grafico el porcentaje de densidad del cobre
seria 75%.
Para la segunda Probeta con carga de 3500 Kg (34335N) y el
dimetro de la probeta es de 13,44mm (0.01344m) El rea =1.398x10-4
m2. Haciendo los clculos, la presin aplicada fue de 245,6008 MPa
aproximadamente. Por el grafico el porcentaje de densidad del cobre
seria 73%.
Para la tercera Probeta con carga de 2500 Kg (24525N) y el
dimetro de la probeta es de 13,26mm (0.01326m) El rea =1.3809x10-4
m2. Haciendo los clculos, la presin aplicada fue de 177,60156 MPa
aproximadamente. Por el grafico el porcentaje de densidad del cobre
seria 70,3%.
CONCLUSIONES El proceso de sinterizado se busca formacin de
micro soldaduras entre material base. El efecto de la presin
aplicada en la compactacin de los polvos es aumentar la densidad y
por lo tanto variar la propiedad de dureza del material. Existe
prdidas de material a causa de oxidaciones en el sinterizado pero
estas prdidas son mnimas por ser localizadas de manera superficial
y no en todo el material. Se podrn realizar piezas las cuales no
impliquen que el material se distribuya lateralmente(en forma
perpendicular a la direccin de la carga)Bibliografa
http://www.utp.edu.co/~publio17/temas_pdf/pulvimet.pdf
Tratamientos termicos de los metales Pere Molera Sola Volumen 7,
Powder Metal Technologies and Applications ASM, International.
_938450648.doc