Universidad de Guadalajara

“Métodos de fabricación y aplicaciones mediante Metalurgia de Polvos”

Maestría en Ciencia de Materiales Materia: Propiedades de los materiales II

Profesor: Dr. Emmanuel Saucedo

Alumno: Héctor Rodolfo Monjardin Rivera Octube 2013

Métodos de fabricación y aplicaciones mediante Metalurgia de polvos (PM)

El proceso de metalurgia de polvos es un proceso que reduce el costo del formado y maquinado de

distintas piezas. Tiene varias ventajas, como una fácil obtención de fina distribución de partículas en la

matriz del material comparado con otras distintas técnicas de fabricación.

La metalurgia de polvos es una tecnología de procesamiento de metales en la que se producen partes a

partir de polvos metálicos. Los polvos metálicos de comprimen para darles la forma deseada y luego se

calientan para ocasionar la unión de las partículas en una masa dura y rígida. La compresión, la cual se le

llama prensado, se realiza en una máquina tipo prensa cuyas herramientas se diseñan específicamente

para la parte a producir. Esta herramienta consiste de un dado y uno o más punzones. Este tipo de

herramientas puede llegar a ser costosas, es por eso que se utilizan a una escala de producción elevada.

El proceso llamado sinterizado se realiza a una temperatura por debajo del punto de fusión del metal.

En los siguientes párrafos hablaré acerca de algunas de las técnicas de fabricación mediante la técnica

de metalurgia de polvos en (MMPCs) “Meta-Matrix Particular Composites”.

La forma más tradicional de fabricación de materiales mediante metalurgia de polvos envuelve el

mezclado, la compactación y el sinterizado. Esto se le conoce como el primer paso en la manufactura. El

segundo paso en la manufactura es la deformación de los materiales elaborados mediante metalurgia

de polvos mediante técnicas de extrusión, rolado o algunos otros métodos de trabajo mecánico.

Empezaremos hablando de los métodos de fabricación primarios.

Para el proceso de mezclado, es importante seleccionar adecuadamente los materiales con los que se

quiere trabajar, se tiene reportes que el tamaño de las partículas influyen en demasía con las

propiedades mecánicas del material final. También es importante seleccionar adecuadamente el tamaño

de las partículas que refuerzan el material. Otra cosa que se debe de tomar en cuenta es la selección de

las propiedades de estabilidad química y el costo del material. Durante este proceso se pueden

presentar dos problemas, la segregación y el clustering. Este tipo de problemas se presentan debido a la

diferencia de las partículas de polvo de metal y las partículas de reforzamiento, además depende de la

tendencia de la aglomeración de las partículas que minimiza la energía superficial.

Como regla, se tiene que a un largo tamaño de partícula, esto aumenta la distribución. La forma de las

partículas son influenciadas por el proceso de mezcla, es más fácil mezclar polvos metálicos con

partículas esféricas que con partículas de formas irregulares.

Seguido del proceso de agitado o mezcla, se presenta la compactación donde a la mezcla se la aplica

presión a temperatura ambiente lo que permite que los polvos se adhieran el uno al otro que forma un

material llamado Green compact con una densidad determinada. A este tipo de compactación se le

llama compactación en frio. En este proceso se debe de tener cuidado con la obtención de poros. Para

evitar esta formación de imperfecciones como los poros, al material se le aplica un proceso llamado

outgassing esto con la idea de remover especies volátiles o agua.

En el proceso de compactación, la presión se aplica en un solo sentido. Para el control de la calidad del

compactado verde, se le aplican diversas técnicas que implican presión, las cuales son las técnicas de

presión isostática, que son desarrolladas en frio, el proceso tibio y caliente de presión isostática también

se puede desarrollar. El proceso en frio, se usa comúnmente para altas presiones. Este proceso en frio,

tienen grandes ventajas a comparación de los otros dos procesos en tibio y caliente, estas ventajas

incluyen la uniformidad y la densidad de los materiales compactados, esto nos da como resultado una

formación menor de esfuerzos residuales, además de una controladas contracciones del material.

La siguiente etapa del proceso es el sinterizado de los compactados verdes. En este proceso se deben de

controlar diversos factores como la temperatura y la atmosfera de sinterización. Los problemas más

comunes que se presentan en este proceso son la oxidación, la incorrecta distribución de partículas y

una mala fuerza de sinterización en la fase sólida.

Existen varios métodos de sinterizado como lo son el “Resistance sintering” o el “Cold sintering”. Este

último utiliza una alta presión de alrededor de 2-5GPa que se utiliza para consolidar los polvos a una alta

densidad mayor al 99%

Existen diversas pruebas no convencionales en el caso de los polvos metálicos como lo son la deposición

por spray, donde es posible utilizar el proceso plasma spray para fusionar los polvos metálicos en un

ambiente de gas inerte y baja presión. La temperatura de los polvos metálicos, el grado de fusión, y la

reacción con los gases del plasma determinan las propiedades de depositación del producto. Una de las

ventajas de este proceso es que combina la mezcla con las operaciones de consolidación

También existen otros métodos que ayudan a mejorar las propiedades mecánicas de los materiales de

metalurgia de polvos, este proceso se llama Forjado de polvos. En este proceso se permite la formación

directa de la mezcla de los polvos metálicos produciendo así un material con buenas características.

Entonces como ya se estuvo diciendo, el proceso de fabricación, se divide en tres, el mezclado, que

depende mucho del material que se seleccionó, compactación, que incluye el proceso de outgassing, y

por último el sinterizado, que también existen varios tipos.

Existen muchos avances en lo que respecta a las técnicas de obtención de polvos metálicos, estas

nuevas técnicas incluyen aleaciones mecánicas, presiones isostáticas en frio, tibias y calientes,

procesamiento en partículas, presión al vacío, deposición por espray, forjado de polvos, entre otras más.

Los productos que se suelen fabricar con técnicas de la metalurgia de los polvos van desde esferas

diminutas para bolígrafos, engranajes, levas y bujes; productos porosos, como por ejemplo filtros y

cojinetes impregnados de aceite, hasta una diversidad de partes de automotores (que hoy forman el

70% del mercado de la metalurgia de los polvos), como anillos de pistón, guías de válvulas, bielas y

pistones hidráulicos. Un automóvil común contiene hoy, en promedio, 11 kg de partes metálicas de

precisión hechas por metalurgia de los polvos, y se estima que la cantidad aumentará en breve hasta

22kg.

Referencias.

Liu, Y. B., S. C. Lim, et al. (1994). "Recent development in the fabrication of metal matrix-particulate composites using powder metallurgy techniques." Journal of Materials Science 29(8): 1999-2007.

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r96278.PDF

http://www1.herrera.unt.edu.ar/faceyt/typp/files/2012/05/Tema-n%C2%BA7-Metalurgia-de-Polvos.pdf