Polvo de aleación de aluminio se refiere a las formas pulvimetalúrgicas de las aleaciones de aluminio. El polvo de aluminio se utiliza en diversas aplicaciones por su ligereza, alta resistencia, resistencia a la corrosión, conductividad térmica y conductividad eléctrica.
Visión general de la aleación de aluminio en polvo
El polvo de aleación de aluminio se produce por atomización de aleaciones fundidas en finas gotitas que se solidifican en partículas de polvo. La composición y las propiedades del polvo de aleación pueden adaptarse en función de las necesidades.
Detalles clave sobre el polvo de aleación de aluminio:
- Producido por atomización de aleaciones de aluminio en polvo fino
- El tamaño de las partículas oscila entre unas micras y milímetros
- Formas de partículas esféricas, irregulares o en copos
- Variedad de elementos de aleación utilizados: Si, Mg, Zn, Cu, etc.
- Propiedades dependientes de la composición de la aleación
- Ligereza, alta resistencia, resistencia a la corrosión
- Se utiliza para fabricación aditiva, proyección térmica, MIM, etc.
Tipos de aleaciones de aluminio en polvo
| Tipo | Composición | Características |
|---|---|---|
| Al pura | 99%+ Al | Baja resistencia, alta conductividad eléctrica |
| Serie 1000 | Al + Mn, Fe, Si | Endurecible, mayor resistencia |
| Serie 2000 | Al-Cu | Tratable térmicamente, alta resistencia |
| Serie 5000 | Al-Mg | Resistencia de moderada a alta |
| Serie 6000 | Al-Mg-Si | Resistencia media a alta |
| Serie 7000 | Al-Zn | Máxima resistencia |
Polvo de aleación de aluminio Composición
Los polvos de aleación de aluminio contienen aluminio como metal base junto con elementos de aleación. Algunos de los elementos de aleación más comunes son:
- Silicio: mejora la colabilidad y las características de soldadura
- Magnesio: aumenta la resistencia mediante el endurecimiento por precipitación
- Cobre - mayor efecto de refuerzo, pero reduce la resistencia a la corrosión
- Zinc: mejora la resistencia mediante endurecimiento por precipitación
- Manganeso: aumenta la resistencia sin reducir la ductilidad
- Cromo: mejora la resistencia a altas temperaturas
- Zirconio - refinador de la estructura del grano que proporciona propiedades uniformes
La composición exacta se especifica mediante designaciones numéricas de 4 dígitos definidas en diversas normas internacionales.
Propiedades del polvo de aleación de aluminio
| Propiedad | Descripción |
|---|---|
| Fuerza | Varía de baja a muy alta resistencia según el tipo de aleación y su estado |
| Densidad | Alrededor de 2,7 g/cm3, lo que lo hace mucho más ligero que los aceros |
| Conductividad eléctrica | Alto pero inferior al aluminio puro, varía según la aleación |
| Conductividad térmica | Alto pero las adiciones de aleación lo reducen del valor de Al puro |
| Resistencia a la corrosión | Generalmente bueno debido a la capa protectora de óxido, pero varía según la composición de la aleación. |
| Soldabilidad | Normalmente bueno, pero algunas aleaciones pueden perder resistencia |
| Trabajabilidad | Los polvos de baja aleación más blandos permiten un conformado extensivo |
| Coste | Más alto que el polvo de acero pero más económico que el titanio |
Características del polvo de aleación de aluminio
| Parámetro | Detalles |
|---|---|
| Forma de las partículas | Escamas esféricas, irregulares |
| Tamaño de las partículas | De 1 micra a 1.000 micras |
| Distribución por tamaños | Varía de distribuciones ajustadas a rangos amplios |
| Densidad aparente | Alrededor de 2,5 g/cm3 |
| Densidad del grifo | Alrededor de 2,7 g/cm3 |
| Caudal | Importante para la manipulación y el tratamiento del polvo |
| Compresibilidad | Determina la densidad final de la pieza alcanzada |
Aplicaciones de la aleación de aluminio en polvo
Los polvos de aleación de aluminio se utilizan en diversas industrias debido a sus propiedades beneficiosas:
| Aplicación | Detalles |
|---|---|
| Fabricación aditiva | Utilizado en fusión de lecho de polvo y deposición de energía dirigida |
| Moldeo por inyección de metales (MIM) | Producción de piezas complejas a bajo coste y gran volumen |
| Recubrimientos por pulverización térmica | Proporcionan protección contra el desgaste y la corrosión de los componentes |
| Forja en polvo | Produce formatos netos para su transformación posterior |
| Soldadura | Añadido para proporcionar elementos de aleación al metal de aportación de la soldadura |
| Pirotecnia | Polvos finos reactivos utilizados para producir efectos o gas |
| Soldadura | Se utiliza como material de relleno para unir componentes de aluminio |
Fabricación aditiva con aleación de aluminio en polvo
Las técnicas de fabricación aditiva como la fusión selectiva por láser (SLM), el sinterizado directo de metales por láser (DMLS) y la fusión por haz de electrones (EBM) utilizan aleaciones de aluminio en polvo como materia prima para producir componentes de uso final en los sectores aeroespacial, automovilístico e industrial.
Algunas ventajas de la AM con polvo de aleación de Al:
- Geometrías complejas imposibles con métodos convencionales
- Peso reducido gracias a diseños optimizados
- La consolidación de piezas mejora la eficacia de la fabricación
- Propiedades comparables a las de los productos forjados en la mayoría de las aleaciones
- Mínimo desperdicio de material en comparación con las técnicas sustractivas
Entre las limitaciones actuales de la AM con polvo de Al figuran las siguientes
- La alta reflectividad exige láseres de mayor potencia
- La elevada conductividad térmica dificulta el control del calor
- El coste es superior al de las técnicas convencionales para volúmenes de producción
- El control de la porosidad y las propiedades anisótropas siguen siendo un reto
- La calidad del acabado superficial es actualmente inferior a la de las piezas mecanizadas
- Selección limitada de aleaciones en comparación con las aleaciones forjadas
Los procesos en curso siguen mejorando la calidad, la capacidad y la rentabilidad de los componentes de aluminio fabricados de forma aditiva.
Moldeo por inyección de metal con polvo de aleación de aluminio
El moldeo por inyección de metales (MIM) puede producir componentes metálicos complejos, de tolerancia ajustada y forma neta, utilizando como materia prima polvo de aleación de aluminio a costes relativamente bajos.
Ventajas del MIM con polvo de aleación de aluminio:
- Piezas intrincadas con paredes y características < 0,5 mm
- Tolerancias dimensionales ajustadas cercanas a +/- 0,1%
- Propiedades del sinterizado asimétrico similares a las de las aleaciones PM o de fundición
- Densidad casi total y buen acabado superficial
- Posibilidad de producción automatizada de grandes volúmenes
Limitaciones del MIM con polvos de aluminio:
- Más difícil de procesar que el acero y se necesitan herramientas más duras
- Un punto de fusión más alto aumenta las exigencias de la máquina de moldeo
- La reactividad limita la elección de aglutinantes para la formulación de materias primas
- Puede ser necesario un acabado secundario para conseguir las propiedades finales
A pesar de los retos, el MIM sigue expandiéndose en sectores de alto rendimiento gracias a las ventajas que ofrece sobre otros métodos de fabricación de componentes complejos de aleaciones de aluminio.
Polvo de aleación de aluminio para proyección térmica
Los polvos de aleaciones de aluminio como AA2024, AA5083 y AA7075 se utilizan habitualmente como materia prima en diversos procesos de recubrimiento por pulverización térmica para proteger los componentes contra el desgaste, la corrosión, el calor, etc.
| Proceso | Descripción |
|---|---|
| Combustión Arco de hilo | Proceso de metalizado por arco de dos hilos con equipos sencillos |
| Rociado con llama | Polvo inyectado en una llama de gas combustible oxigenado |
| Oxicorte de alta velocidad (HVOF) | Pulverización de alta energía cinética que minimiza la porosidad |
| Pulverización en frío | Deposición en estado sólido mediante impacto de polvo a alta velocidad |
| Pulverización de plasma | La técnica más versátil con gas ionizado caliente |
Ventajas del uso de polvo de aleación de Al para revestimientos por pulverización térmica:
- Proporciona protección contra el desgaste y la corrosión
- Restaura las piezas sobredimensionadas a sus dimensiones originales
- El mínimo aporte de calor evita el alabeo del sustrato
- Revestimientos en spray o con infiltración para una densidad total
- Costes de material inferiores a los de las soldaduras superpuestas de alta aleación
- Procesamiento más sencillo que muchas aleaciones forjadas
Especificaciones del polvo de aleación de aluminio
Los polvos de aleaciones de aluminio se producen de acuerdo con diversas especificaciones estándar que definen los límites de composición aceptables, los rangos de tamaño de las partículas, el control de la forma, etc.
| Estándar | Descripción |
|---|---|
| AMS 4200 | Especificación de material aeroespacial para polvo de aleación de Al atomizado |
| ASTM B602 | Especificación estándar para polvos de aleaciones de Al |
| EN 1706 | Especificación de la norma europea para el polvo de Al atomizado |
| ISO 13318 | Norma internacional para polvos de Al atomizados con gas y agua |
| DIN 50125 | Norma nacional alemana para polvos de Al atomizados |
Las especificaciones permiten a los clientes adquirir el polvo adecuado para sus requisitos específicos de aplicación y proceso.
Tamaños de aleación de aluminio en polvo
El polvo de aleación de aluminio se produce en varios tamaños en función del uso final:
- Polvo ultrafino < 10 micras para aplicaciones reactivas
- Polvo fino 15 - 45 micras comúnmente para proyección térmica
- Polvo medio 45 - 100 micras tamaño ampliamente utilizado
- Polvo grueso de hasta 150 micras para aplicaciones especiales
Las partículas más grandes, de más de 180 micras, se utilizan principalmente en procesos de pulverización en frío para revestimientos más gruesos. El control de la distribución del tamaño de las partículas también es importante para algunas aplicaciones.
Grados de aleación de aluminio en polvo
El polvo de aleación de aluminio se fabrica en diferentes grados establecidos en función del tipo de aleación:
- Polvos de la serie 1xxx - AA1100, AA1350
- Polvos de la serie 2xxx - AA2014, AA2024, AA2219, AA2519
- Polvos serie 5xxx - AA5083, AA5654
- Polvos serie 6xxx - AA6061, AA6082
- Polvos de la serie 7xxx - AA7050, AA7075
Las series de números más altos indican mayores niveles de aleación y resistencia. También son posibles composiciones de aleación personalizadas para calidades patentadas.
Polvo de aleación de aluminio Comparación
| Parámetro | Atomización de gas frío | Atomización del agua |
|---|---|---|
| Forma de las partículas | Muy esférica | Más irregulares, los satélites |
| Gama de tamaños de partículas | 15 - 180 micras | 5 - 350 micras |
| Distribución por tamaños | Control más estricto | Distribución más amplia |
| Densidad aparente | Más alto | Baja |
| Índice de producción | Baja | Más alto |
| Coste | Más alto | Baja |
Los polvos atomizados con agua tienden a tener una ventaja de coste, pero adolecen de menor esfericidad y distribuciones de partículas más amplias en comparación con el polvo de aleación de aluminio atomizado con gas.
Normas sobre aleaciones de aluminio en polvo
Normas clave para el polvo de aleación de aluminio:
| Estándar | Organización | Descripción |
|---|---|---|
| AMS4200 | SAE | Especificación de materiales aeroespaciales |
| ASTM B602 | ASTM | Composición química y tamaño de los tamices |
| EN1706 | CEN | Especificación de la norma europea |
| ISO13318 | ISO | Norma internacional para formas atomizadas con gas y agua |
Diversas normas nacionales y organizativas contribuyen a garantizar la calidad y la coherencia del suministro de polvo de aleación de aluminio.
Proveedores mundiales de Polvo de aleación de aluminio
| Proveedor | Ubicación | Capacidades |
|---|---|---|
| Valimet Inc. | EE.UU. | Amplia gama de atomización, gran capacidad |
| Sandvik Osprey | REINO UNIDO | Proveedor líder de polvos controlados |
| TLS Technik GmbH | Alemania | Especialista en polvos atomizados con gas y agua |
| Fukuda Metal Foil & Powder Co. | Japón | Amplia oferta de aleaciones |
| Productos metálicos SCM | Singapur | Aleaciones de aluminio y cobre |
Precios de los polvos de aleaciones de aluminio
El precio del polvo de aleación de aluminio varía en función de:
- Grado de aleación y características
- Especificaciones de forma y tamaño de las partículas
- Cantidad de compra y tamaño del lote
- Tarifas regionales y transporte
| Tipo | Precios |
|---|---|
| Serie 1xxx | $5 - $15 por kg |
| Serie 2xxx | $10 - $30 por kg |
| Serie 5xxx | $15 - $35 por kg |
| Serie 6xxx | $20 - $40 por kg |
| Serie 7xxx | $30 - $60 por kg |
Los precios anteriores son aproximados y sólo sirven de referencia. Póngase en contacto con los proveedores para conocer los precios exactos en función de sus necesidades específicas.
Ventajas y limitaciones de Polvo de aleación de aluminio
Ventajas
- Ligero en comparación con el acero y las aleaciones de titanio
- Alcanzan resistencias superiores a muchas formas de productos forjados
- Composición y propiedades personalizables
- Bajo coste de la materia prima en comparación con el titanio o las aleaciones de níquel
- Buena resistencia a la corrosión en muchos entornos
- Alta conductividad térmica y eléctrica
- Variedad de procesos de producción posibles a partir de polvo
Limitaciones
- Menor resistencia que los aceros de alta aleación a temperaturas elevadas
- La reactividad limita algunos enfoques y aplicaciones de procesamiento
- La producción de grandes secciones transversales de alta integridad sigue siendo un reto
- El coste es superior al de los polvos de acero al carbono convencionales
- Algunas aplicaciones sensibles a la fatiga pueden requerir productos forjados
- Propiedades anisótropas y problemas de porosidad en componentes AM
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las aleaciones más utilizadas como polvo de aleación de aluminio?
Las aleaciones en polvo más comunes son: Series 2xxx como 2014 y 2024, aleaciones 5xxx como 5083, aleaciones 6xxx incluyendo 6061 y 6082, y aleaciones 7xxx siendo populares 7050 y 7075.
¿Qué tamaño de partícula es mejor para el moldeo por inyección de metal utilizando polvos de aluminio?
Para el moldeo por inyección de metales con polvos de aleaciones de aluminio se suele recomendar un tamaño de partícula de entre 15 y 45 micras.
¿Qué tipos de procesos de atomización pueden producir polvo de aleación de aluminio?
La atomización con gas y la atomización con agua son los dos principales procesos industriales utilizados. El método de atomización por disco giratorio también puede producir polvos de aluminio.
¿Cuál es la ventaja de utilizar aleaciones de aluminio de la serie 5xxx para la pulverización térmica?
Las aleaciones de Al de la serie 5xxx, como la 5083, tienen una excelente resistencia a la corrosión, al tiempo que permanecen dimensionalmente estables a temperaturas elevadas, lo que las hace adecuadas para revestimientos por pulverización térmica para exposiciones marinas y químicas.
¿Qué afecta al precio del polvo de aleación de aluminio?
La composición de la aleación, las características de las partículas como el tamaño y la forma, el volumen del pedido, los aranceles regionales y los costes de transporte determinan el precio final de los distintos proveedores de polvo de aluminio.
¿Qué normas se aplican a los polvos de aleaciones de aluminio para usos de fabricación aditiva?
Entre las principales normas figuran ASTM B602, AMS4200, EN1706 e ISO 13318. Se están desarrollando otras normas específicas de AM para abordar los requisitos relacionados con el proceso.
¿Se puede reutilizar el polvo de aleación de aluminio?
En general, no se recomienda reutilizar el polvo de aluminio para aplicaciones críticas. Las condiciones de almacenamiento pueden permitir la captación de humedad y la oxidación, limitando el rendimiento del polvo. La reutilización menor puede ser posible en aplicaciones no críticas con las pruebas adecuadas.
¿Las aleaciones de aluminio de mayor número son siempre más resistentes que las de menor número?
En general, los polvos de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx de mayor número tienen mayor resistencia que las aleaciones 1xxx o 5xxx, pero puede existir un solapamiento significativo en función de la composición exacta, las características del polvo y el historial de procesamiento. Compruebe siempre los datos del proveedor para conocer las propiedades garantizadas del polvo.
¿Por qué preocupan la porosidad y la anisotropía en los componentes de aluminio fabricados por AM?
La elevada conductividad térmica y reflectividad del aluminio, combinada con la rápida solidificación durante la fusión por láser o haz electrónico, dificulta una fusión óptima y la salida de burbujas de gas, lo que provoca defectos. También surgen diferentes propiedades mecánicas paralelas y transversales a las capas de construcción.
¿Puedo mezclar diferentes polvos de aleación de aluminio para crear calidades personalizadas?
Por lo general, no es aconsejable mezclar polvos para crear aleaciones intermedias o personalizadas debido a los riesgos de mezcla incompleta, reacciones de aleación o unión inadecuada de las partículas durante la fabricación de la pieza. Consulte estrechamente con su proveedor de polvo cuando explore combinaciones de propiedades.
