Caracterización de polvos metálicos y fluidez

En diciembre de 2020, Nature publicó un artículo de investigadores de la Universidad de Ostrava (República Checa) sobre un método de caracterización y de fluidez de polvos metálicos.

Las piezas metálicas se fabrican por métodos tradicionales y modernos. Muchos métodos modernos parten de polvos metálicos y los transforman por compresión, sinterizado, proyección, o por fabricación aditiva: fusión selectiva por láser (SLM), aporte de polvo por láser (LPF), chorro de aglutinante (BJ) y lecho de polvo por haz de electrones (EPBF). Elegir el método cambia las propiedades de la pieza, pero las propiedades de entrada del polvo importan en todos los casos: fluidez, composición química, tamaño de partícula, propiedades ópticas y termofísicas, tensión superficial. Cada proceso aditivo exige sus propios parámetros de polvo.

Cuanto más se extiende la fabricación aditiva, más importa caracterizar los polvos metálicos. Las propiedades del polvo deben convenir a cada máquina y la fabricación debe ser uniforme. El artículo caracteriza diez polvos metálicos (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, bronce, Ti, Mo): distribución granulométrica, morfología, ángulos de reposo estático y dinámico, y ángulo de fricción interna efectivo (AIFE).

La velocidad de salida se evalúa con el ángulo de reposo estático (AOR), y la variación del AOR completa la descripción del comportamiento de la muestra. La fluidez también se determinó con ensayos de cizalladura RST, PFT y FT4. El AOR estático se midió con un equipo protegido por la patente PV2015-239. A continuación se presenta el ensayo del equipo y del método de ángulo de salida estático y dinámico de la Universidad Técnica de Ostrava VSB. El equipo se llama Zenegero.

Equipo de ajuste del AOR

AOR estático de diez polvos metálicos

Este es un resumen de la medida del ángulo de reposo dinámico (DAOR). En la mayoría de las muestras, el ángulo medio medido aumentó cuando la frecuencia de rotación pasó de 0,2 Hz a 0,6 Hz. La figura muestra todas las muestras: 316L, Sn, Ti, Fe, bronce, Al, Cu, Zn, Mn y Mo.

En el polvo 316L, la diferencia de ángulo medio entre 0,2 y 0,6 Hz fue la mayor. Al aumentar la frecuencia, la forma del flujo pasa del rodamiento a 0,2 Hz a la cascada a 0,6 Hz. La media de los ángulos a tres velocidades locales tuvo una desviación típica grande, 49,4° ± 9°. El estaño tuvo la menor dispersión del ángulo medio, 44,8° ± 1,5°. Por eso el polvo de estaño dio la mejor estabilidad global del flujo dinámico. Durante la medida del DAOR, un rodamiento constante en todas las frecuencias de ensayo confirmó esa estabilidad. El flujo del polvo de aluminio cambiaba más con la frecuencia: rodamiento a baja frecuencia y después un paso gradual al régimen cataract.

El AIFE se determinó en tres equipos de uso amplio: RST, PFT y FT4. La figura muestra el AIFE de los diez polvos y los intervalos de RST, PFT y FT4. En todos los polvos salvo el aluminio, el intervalo absoluto del PFT fue el menor. Puede deberse al software de evaluación. En el FT4, la variación del ángulo AIFE efectivo fue la mayor. El amplio intervalo del aluminio puede relacionarse con que es un metal ligero, blando y fácil de deformar plásticamente. En el titanio, cuyas partículas en un 90 % no son más gruesas de 452 µm, la dispersión clara del ángulo efectivo se debe al tamaño y a la forma de las partículas. Durante la medida, partículas de titanio más grandes quedaron atrapadas entre el cilindro de vidrio y el álabe de medida (cabezal de cizalladura). La separación es de 1 mm, pero la forma de las partículas de titanio aumenta la resistencia del álabe en sentido contrario al movimiento y eleva la tensión de cizalladura.

AIFE de diez polvos metálicos

El objetivo del artículo es evaluar el flujo de los polvos metálicos y su posible dependencia de las propiedades mecánicas y físicas de las mezclas, de las partículas y de otros parámetros. Se usaron métodos generales basados en clasificaciones conocidas de materiales a granel. Incluso en relación con la digitalización o la industria 4.0, estos métodos siguen en uso.

Fuente: Characterization and flowability methods for metal powders

• Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj