Polvo de acero inoxidable es un material versátil con aplicaciones en muchos sectores. Esta guía ofrece una visión completa del polvo de acero inoxidable, incluidos los métodos de fabricación, los grados, las propiedades, las aplicaciones y mucho más.
Polvo de acero inoxidable
El polvo de acero inoxidable se refiere a las partículas de acero inoxidable en forma de polvo. Se fabrica atomizando o reduciendo el acero inoxidable a polvo fino para diversos fines industriales.
Algunas de las principales propiedades y ventajas del polvo de acero inoxidable son:
- Alta resistencia y durabilidad
- Resistencia a la corrosión y al desgaste
- Capacidad para sinterizar formas complejas
- Gama de elementos de aleación para personalizar las propiedades
- Reciclabilidad
- Relación coste-eficacia
El polvo de acero inoxidable se utiliza en aplicaciones como la impresión 3D, el revestimiento de superficies, la soldadura fuerte, la soldadura, las piezas pulvimetalúrgicas, etc. El tamaño del mercado mundial de polvo de acero inoxidable fue de más de $1 mil millones en 2021 y se prevé que crezca a una CAGR de más de 8% de 2022 a 2030.
Tipos de Polvo de acero inoxidable
Existen varios grados y tipos de polvo de acero inoxidable clasificados por microestructura, elementos de aleación, propiedades y aplicaciones previstas.
| Tipo | Descripción | Composición | Propiedades | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|
| austenítico | No magnético, mayor resistencia a la corrosión | Cr, Ni, Mo | Dúctil, no endurecible | Automoción, arquitectura, química |
| Martensítico | Magnético, mayor resistencia | Cr, Ni inferior | Endurecible, menor resistencia a la corrosión | Cubiertos, instrumentos quirúrgicos, válvulas |
| Ferrítico | Magnético, menor coste | Cr, sin Ni | Menos dúctil, moderadamente resistente a la corrosión | Automoción, electrodomésticos, usos industriales |
| Dúplex | Equilibrio entre solidez y resistencia a la corrosión | Cr, Ni, Mo, N | Buena soldabilidad, mayor coste | Procesamiento químico, petróleo y gas, marina, papel |
| Endurecimiento por precipitación | Calidad martensítica templable | Cr, Ni, Cu, Al | Alta resistencia tras el tratamiento de envejecimiento | Aeroespacial, generación de energía |
Proceso de fabricación del polvo de acero inoxidable
El polvo de acero inoxidable puede fabricarse mediante diversos métodos. Los principales procesos de fabricación incluyen:
Atomización - Las aleaciones de acero inoxidable fundidas se atomizan en finas gotas que se solidifican en partículas de polvo. Se utilizan métodos de atomización con agua, gas, plasma o centrífuga. Esto produce polvos esféricos y refinados ideales para la impresión 3D.
Electrólisis - Un objeto de acero inoxidable se suspende como ánodo en una célula electrolítica. El oxígeno generado en el ánodo reacciona con el acero para formar polvo de óxidos de hierro y cromo.
Fresado - La chatarra de acero inoxidable se muele mecánicamente hasta obtener un polvo irregular y anguloso muy adecuado para prensar en compactos. Menor coste pero mayor distribución granulométrica.
Reducción - Los óxidos de acero inoxidable se reducen utilizando hidrógeno o monóxido de carbono para producir un polvo fino de acero inoxidable.
Moldeo por inyección de metales - Una materia prima de polvo de acero inoxidable y aglutinante se moldea por inyección y luego se sinteriza para fabricar piezas complejas con forma de red.
Cada método da como resultado polvos de diferentes tamaños, formas, pureza y coste. El proceso de fabricación se adapta en función de la aplicación.
Calidades de acero inoxidable en polvo
Existen en el mercado varios grados estándar de polvo de acero inoxidable. Los elementos de aleación más comunes son el cromo, el níquel, el molibdeno, el manganeso y el nitrógeno. Estos son algunos de los grados más utilizados:
- 304/304L - La calidad más popular, excelente resistencia a la corrosión
- 316/316L - Molibdeno añadido para aumentar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas
- 410 - Calidad martensítica básica, uso general
- 420 - Mayor contenido de carbono, utilizado para herramientas de corte
- 17-4PH - Calidad martensítica de endurecimiento por precipitación, buena resistencia
- 15-5PH - Endurecimiento por precipitación, mayor resistencia y dureza
- Grados personalizados: composición optimizada para sinterización, impresión 3D, etc.
Propiedades del polvo de acero inoxidable
Entre las propiedades clave del polvo de acero inoxidable se incluyen:
Tamaño de las partículas - Generalmente de 5 a 150 micras. Una distribución más estrecha mejora la sinterización.
Morfología - La forma es esférica para la atomización, irregular para la molienda. Afecta al flujo y a la densidad de empaquetamiento.
Densidad aparente - Típicamente 40 a 50% de densidad verdadera indicando porosidad entre partículas.
Fluidez - Importante para el llenado de matrices. Mejora con partículas esféricas y aditivos.
Compresibilidad - Grado de densificación al compactarse. Crítico para la sinterización.
Sinterabilidad - Capacidad de unirse en una masa densa al calentarse. Se ve afectada por la pureza, el tamaño y la forma.
Composición de la aleación - Determina propiedades como la resistencia, la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, etc.
El control de las características y la composición del polvo permite adaptar las propiedades de las piezas sinterizadas a las necesidades de la aplicación.
Aplicaciones de Polvo de acero inoxidable
Algunas de las principales aplicaciones del polvo de acero inoxidable son
Impresión 3D
También conocida como fabricación aditiva, la impresión 3D construye piezas capa a capa a partir de polvo de acero inoxidable utilizando energía láser o de haz de electrones. Sus ventajas son la libertad de diseño, la reducción de residuos, la creación rápida de prototipos y la personalización masiva. Entre los métodos más comunes están el sinterizado directo de metal por láser (DMLS), la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM).
Pulvimetalurgia
En pulvimetalurgia, el polvo de acero inoxidable se compacta y luego se sinteriza para fabricar piezas de alto rendimiento como engranajes, filtros y componentes de automoción. Permite fabricar en serie formas complejas a bajo coste con un desperdicio mínimo de material.
Recubrimientos superficiales
Los revestimientos en polvo de acero inoxidable se aplican mediante pulverización térmica o métodos de revestimiento por láser. Proporciona resistencia al desgaste, protección contra la corrosión, barreras térmicas y conductividad eléctrica a las superficies de los componentes que funcionan en condiciones exigentes.
Soldadura fuerte y blanda
La pasta en polvo de acero inoxidable puede utilizarse como relleno para unir componentes de acero inoxidable que requieran uniones de materiales distintos o grandes espacios de unión. La soldadura fuerte proporciona uniones resistentes a altas temperaturas.
Soldadura
Los alambres con núcleo fundente de polvo de acero inoxidable especializado se utilizan para soldar materiales de acero inoxidable, mejorando la resistencia de la soldadura y la resistencia a la corrosión en comparación con el alambre macizo. El núcleo de polvo aporta elementos de aleación.
Carbón activado granulado
El polvo de acero inoxidable se añade durante la producción de carbón activado para aumentar la resistencia mecánica y a la abrasión en aplicaciones de tratamiento de aguas.
Otras aplicaciones especializadas
El polvo de acero inoxidable también se utiliza en la fabricación de herramientas de diamante, precursor de nanomateriales, blindaje electromagnético, fabricación de núcleos de polvo de acero y materiales de fricción.
Cómo elegir el polvo de acero inoxidable
La selección del polvo de acero inoxidable adecuado depende de factores como:
- Aplicación prevista - Esto determina las propiedades del polvo y el grado de aleación necesarios. Por ejemplo, polvo 316L para resistencia a la corrosión o acero martensítico envejecido para resistencia.
- Proceso de producción - Polvo atomizado, molido o mezclado adaptado para AM, prensado, pulverización térmica, etc.
- Tamaño y forma de partícula. - Polvo esférico y fino de unas 20 micras para AM frente a polvo irregular de mayor tamaño para prensado.
- Nivel de pureza - Una pureza superior al 99,5% es necesaria para aplicaciones críticas como los implantes médicos.
- Densidad aparente - Una densidad superior a 3 g/cc es deseable para una mejor fluidez y compactación.
- Coste - Los precios oscilan entre $50-$150 por kg en función del grado, la pureza, las características de las partículas y el volumen de compra.
Entre los principales proveedores mundiales figuran Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies y CNPC Powder, que pueden suministrar polvos optimizados para requisitos específicos. Lo mejor es consultar estrechamente con los proveedores durante el desarrollo de nuevos productos.
Comparación de los procesos de fabricación de polvo de acero inoxidable
| Proceso | Morfología de las partículas | Tamaño de las partículas | Pureza | Coste | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|
| Atomización de gas | Esférica | 5 - 150 μm | Alta | Medio | Fabricación aditiva, revestimiento de superficies |
| Atomización del agua | Irregular, esférica | 20 - 300 μm | Medio | Bajo | Piezas prensadas y sinterizadas, revestimientos |
| Atomización por plasma de aire | Mayormente esférico | 10 - 150 μm | Medio | Medio | Moldeo por inyección de metales, prensado |
| Atomización centrífuga | Esférica | 20 - 150 μm | Alta | Alta | Fabricación aditiva |
| Fresado mecánico | Irregular, angular | 1 - 350 μm | Bajo | Bajo | Piezas prensadas y sinterizadas |
| Electrólisis | Dendrítico, irregular | 1 – 150 µm | Medio | Medio | Recubrimiento de superficies, pulvimetalurgia |
| Reducción de metales | Irregular, poroso | 10 - 150 μm | Bajo | Bajo | Piezas prensadas y sinterizadas |
Instalación de una planta de producción de polvo de acero inoxidable
La instalación de una planta de producción de polvo de acero inoxidable requiere prestar atención a factores como:
- Selección del emplazamiento - Espacio adecuado para equipos, almacenamiento de materias primas y productos, servicios públicos, tratamiento de efluentes. Fácil acceso para el transporte.
- Servicios - Alimentación eléctrica, agua de proceso, aire comprimido, conductos de gas inerte.
- Fundación - Sólidos cimientos de hormigón para atomizadores, molinos y hornos de reducción. Soportes amortiguadores de vibraciones.
- Maquinaria - Instalar equipos clave como hornos de alta temperatura, cajas de guantes, atomizadores, molinos, ciclones, tamices siguiendo las instrucciones del fabricante.
- Sistemas auxiliares - Manipulación de materiales, captación de polvo, depuración de gases, tratamiento de residuos, controles y automatización.
- Seguridad - Instalación eléctrica a prueba de explosiones, extinción de incendios, ventilación adecuada, EPI para la manipulación de polvo metálico.
- Puesta en servicio - Pruebas de producción para verificar la calidad del polvo, el ritmo de producción, la manipulación segura del material y el cumplimiento de las normas medioambientales.
- Certificación - Registro del sistema de calidad ISO 9001. Certificaciones específicas del sector de ASME, ASTM, etc.
La correcta instalación y puesta en marcha por parte de especialistas experimentados garantiza que una planta de polvo de acero inoxidable funcione de forma segura y optimizada y tenga la máxima capacidad de producción.
Funcionamiento y mantenimiento de equipos de polvo de acero inoxidable
Para lograr una calidad y productividad constantes del polvo de acero inoxidable, las principales directrices de funcionamiento y mantenimiento incluyen:
- Siga los procedimientos operativos estándar para la puesta en marcha, la parada, la programación de lotes, la manipulación de materiales, los sistemas de seguridad y la supervisión medioambiental.
- Supervise los parámetros clave del proceso, como la temperatura, la presión, los caudales y el consumo de energía, y manténgalos dentro de los límites optimizados.
- Tome muestras representativas de los lotes de polvo y compruebe el tamaño, la forma, la composición química, la densidad y la fluidez según las normas ASTM.
- Realizar el mantenimiento preventivo programado de hornos, conductos de gas, atomizadores, ciclones, molinos de martillos, tamices, etc.
- Inspeccionar los equipos giratorios como motores, engranajes, impulsores para detectar vibraciones, ruidos y lubricar los cojinetes.
- Calibrar con frecuencia instrumentos como manómetros, RTD y caudalímetros para garantizar su precisión.
- Inspeccionar el refractario y los elementos calefactores de los hornos y repararlos/sustituirlos según sea necesario para evitar averías imprevistas.
- Asegúrese de que los sistemas de extracción de polvo funcionan eficazmente para minimizar los riesgos de explosión. Siga los procedimientos normalizados de limpieza.
- Auditoría periódica de los sistemas de seguridad de los procesos, como paradas de emergencia, detección de incendios/gas y ventilación.
Con personal formado y procedimientos de mantenimiento diligentes, las instalaciones de producción de polvo de acero inoxidable pueden funcionar durante años sin mayores problemas.
Cómo seleccionar un proveedor de polvo de acero inoxidable
A la hora de seleccionar un proveedor de polvo de acero inoxidable, los factores cruciales a tener en cuenta incluyen:
- Especificaciones del polvo - Capacidad para suministrar el grado, tamaño/forma de partícula, nivel de pureza, densidad y características de flujo requeridos.
- Certificaciones de calidad - El proveedor debe contar con la acreditación ISO 9001, AS9100, Nadcap y documentación de calidad acreditativa.
- Conocimientos técnicos - Conocimientos de metalurgia para personalizar el polvo para aplicaciones específicas y proporcionar apoyo a la aplicación.
- Capacidad de fabricación - Utilizar modernas tecnologías de atomización, molienda y cribado para producir polvos de forma homogénea.
- Capacidad de ensayo - Laboratorio totalmente equipado para pruebas exhaustivas de polvo y caracterización según normas internacionales.
- Competencia en I+D - Participar en la investigación y el desarrollo de nuevos productos para aplicaciones emergentes como la AM.
- Atención al cliente - Respuesta puntual a consultas, pedidos y solicitudes. Condiciones claras sobre precios, entrega y devoluciones.
- Cumplimiento de la normativa - Documentación como FDS, certificaciones de cumplimiento de la normativa medioambiental.
- Red logística - Capacidad para enviar material de forma segura en embalajes que cumplan las normas sobre cargas peligrosas.
Entre los principales proveedores mundiales de polvo de acero inoxidable figuran Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies y CNPC Powder.
Pros y contras de Polvo de acero inoxidable
| Pros | Contras |
|---|---|
| Excelente solidez y resistencia a la corrosión | Coste relativamente elevado frente al acero al carbono |
| Puede adoptar formas complejas mediante sinterización y AM | Conductividad térmica inferior a la de otros metales |
| Amplia gama de calidades para diversas aplicaciones | Requiere un acabado superficial para mejorar la estética |
| Propiedades altamente personalizables con aleación | Difícil de mecanizar en determinados grados de temple |
| Fácil de higienizar para usos alimentarios y médicos | Puede sufrir corrosión por picaduras en determinados entornos |
| Buenas propiedades a altas temperaturas | No es tan conductor eléctrico/magnético como otros metales |
| 100% reciclable y respetuoso con el medio ambiente | Manejo especial debido a la reactividad del polvo fino |
| Métodos de fabricación establecidos con alta disponibilidad | Número limitado de proveedores cualificados en todo el mundo |
Polvo de acero inoxidable frente a sólidos de acero inoxidable
| Parámetro | Polvo de acero inoxidable | Sólidos de acero inoxidable |
|---|---|---|
| Estado | Polvo fino | Barra maciza, chapa, tubo |
| Fabricación | Atomización, electrólisis, molienda | Fundición, laminado, mecanizado de lingotes inoxidables |
| Composición | A menudo aleaciones personalizadas | Calidades estándar de las series 300/400 |
| Aplicaciones | Fabricación aditiva, pulvimetalurgia | Fabricación general de soldaduras y componentes acabados |
| Propiedades | Granulometría fina, sin tensión | Granos más gruesos, posibles tensiones |
| Tratamiento | Compactación y sinterización | Doblado, mecanizado, soldadura, tratamiento térmico |
| Coste | $50-150 por kg | $3-10 por kg para los productos básicos |
| Disponibilidad | Número limitado de proveedores | Disponible en todo el mundo |
| Plazo de entrega | Puede ser largo para pedidos personalizados | Plazos de entrega más cortos para las calidades estándar |
PREGUNTAS FRECUENTES
P: ¿Cuáles son las calidades más comunes de polvo de acero inoxidable?
R: 304, 304L y 316L son los grados austeníticos más comunes, mientras que 410 y 17-4PH son grados martensíticos muy utilizados. También hay disponibles aleaciones personalizadas optimizadas para aplicaciones de AM o sinterización.
P: ¿Cuál es el tamaño típico de las partículas de polvo de acero inoxidable?
R: El tamaño de las partículas puede oscilar entre 1 micra y más de 150 micras. Sin embargo, el tamaño de 10-45 micras es común para muchas aplicaciones como MIM, AM y prensado.
P: ¿Cómo afecta la resistencia a la corrosión a las piezas pulvimetalúrgicas de acero inoxidable?
R: Las piezas de P/M pueden mostrar una resistencia a la corrosión ligeramente inferior a las formas forjadas debido a la porosidad residual si no están totalmente densificadas. La sinterización y el acabado adecuados minimizan este efecto.
P: ¿Qué causa la oxidación de la superficie durante la manipulación del polvo de acero inoxidable?
R: El polvo fino de acero inoxidable puede oxidarse fácilmente cuando se expone al aire. Se recomienda utilizar una atmósfera de vacío o gas inerte para evitar la oxidación.
P: ¿Cómo es la trabajabilidad y mecanizabilidad de los aceros inoxidables P/M en comparación con las formas forjadas?
R: El acero inoxidable P/M es menos dúctil y mecanizable que las formas forjadas debido a su porosidad y mayor dureza. El mecanizado en verde de los polvos compactos antes de la sinterización mejora el acabado.
P: ¿Cuál es la tasa de producción típica de las plantas comerciales de acero inoxidable en polvo?
R: La tasa de producción depende del tamaño del equipo y del proceso. Las plantas típicas de escala media producen 100-300 kg/hora de polvo de acero inoxidable.
P: ¿Qué precauciones de seguridad son necesarias cuando se trabaja con polvo de acero inoxidable?
R: Evite la inhalación de polvo utilizando respiradores. Asegurar una ventilación adecuada, conexión a tierra e iluminación a prueba de chispas para evitar explosiones de polvo. Utilizar extracción de polvo y EPI.
Conclusión
El polvo de acero inoxidable ofrece claras ventajas de solidez, resistencia a la corrosión y flexibilidad de fabricación. Con diversos métodos de fabricación, grados de aleación, características de las partículas y aplicaciones, el polvo de acero inoxidable ofrece a los ingenieros de diseño opciones mejoradas para desarrollar componentes innovadores utilizando técnicas de pulvimetalurgia y aditivos. Seleccionando el polvo, el método de producción y los parámetros de proceso adecuados, el polvo de acero inoxidable puede ofrecer un rendimiento superior en las condiciones más exigentes de todos los sectores.
