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SINTERIZACIN

Ing. L. Antonio Llontop

Mendoza

lllontop@usat.edu.pe

PROCESOS DE SINTERIZACIN La sinterizacin es el proceso que consigue obtener productos

metlicos o cermicos con formas y propiedades prefijadas a partir del polvo o triturado elemental.

Las piezas metlicas obtenidas por el proceso de sinterizacin tienen complejas formas.

De forma genrica, la sinterizacin se aplica a la fabricacin piezas metlicas y cermicas, siendo fabricadas por esta tcnica el 1% de los metales y el 99 % de los productos cermicos de aplicacin industrial.

Compitiendo con otros procesos la sinterizacin permite obtener piezas con precios ms ventajosos por su repercusin en ahorro de materias primas, de precisin dimensional, de disminucin de mecanizados, etc.

Las Fases Principales que Comprenden el Proceso son: Elaboracin de la materia prima: los polvos o

granos elementales. Mezcla, de componentes en funcin del

producto. Conformado, de la materia prima para adoptar la

forma de la pieza pero con la resistencia mnima que permite su manipulacin cuidadosa.

Sinterizado, de la pieza conformada, obteniendo la resistencia prevista en el diseo.

Acabado, de la pieza hasta ultimar la especificacin demandada, tanto dimensional como tratamientos trmicos o superficiales.

OBTENCIN DE GRANO O POLVO Se describe someramente los procedimientos ms

usuales de obtencin de polvos, indicando la mquina y algunas aplicaciones especficas.

LA MOLIENDAEs una tcnica de fabricacin mecnica, especificada para materiales frgiles como las cermicas. Se aplica para los materiales del tipo xidos, carburos, nitruros, etc.La molienda consiste en la fractura de los granos de material por el impacto sucesivo de las bolas o rodillos de una mquina machacadora. Previo a este paso puede haberse empleado una trituradora de mandbulas para reproducir el material a pequeos trozos. La reduccin conseguida sobre el tamao del polvo, es funcin directa de la velocidad y tiempo del tratamiento mecnico.El tamao de los granos puede reproducirse hasta el orden de 10 m merced a los molinos, que al estilo de los alimentos orgnicos, consiguen una trituracin extrema

ALEACIN MECNICA

Est destinada a obtener granos de aleacin a partir de los componentes ms elementales.

El proceso es del tipo mecnico usndose un molino de bolas de alta energa.

La variacin de este proceso frente al anterior es que durante la molienda, al tiempo que se fracturan las partculas, se forman soldaduras locales entre los polvos que son aleantes, las que posteriormente se fragmentan y vuelven a realizar el ciclo. El resultado ltimo es una mezcla ntima entre los componentes, parecindose en toda su constitucin a una aleacin obtenida por una fusin.

TECNICAS ELECTROLTICAS

La deposicin electroltica se usa para la produccin de polvos de cobre, paladio, hierro, zinc, manganeso y plata. Por ejemplo, el cobre es empleado e en la manufactura de cojines autolubricantes de bronce. La electrlisis de una solucin acidificada de sulfato de cobre se lleva a cabo entre un nodo de cobre y un ctodo de aluminio.

Las condiciones de densidad de corrientes y composicin del electrolito se ajustan de manera que en lugar de obtener una capa coherente de depsito, ste sea dendrtico y esponjoso. Este deposito queda sobre el ctodo y cobre y al rasparlo cae al fondo del tanque. El precipitado se retira peridicamente del fondo del tanque electroltico centrifugado para extraer el exceso de electroltico y luego se lava en agua, se seca en horno, se tamiza el polvo, y se muele el material de tamao excesivo.

REDUCCIN QUIMICA Este proceso se utiliza en el caso del voltframio y otros metales refractarios, cuyos

xidos se reducen en una corriente de hidrgeno.

Tambin se aplica para produccin de polvo de hierro. La materia prima mas usada es el hierro esponja sueco. Esd e bajo costo, de dureza razonable y buenas propiedades compactantes. En este proceso se tritura mineral magnetita de alta pureza a un grado de finura adecuado, mezclndolo con carbn pulverizado y calentado. El xido de hierro se reduce a polvo de hierro, que es lo bastante fino para compactacin directa.

Fe3O4 + 4C 3Fe + 4CO

Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2

Tambin se usa como materia prima las escamas de xido de hierro de las laminadoras, que pueden pulverizarse y tratarse en una forma similar.

El polvo de cobre puede ser producido por el mismo mtodo; esto es, calentando xido de cobre en un chorro de hidrgeno o de algunos de los gases de hidrocarburos.

Cu2O + H2 2Cu + H2O

DESCOMPOSICIN TRMICA

Algunos metales pueden hacerse combinar con hidrgeno, formando hidruros. Los hidruros de tantalio, nimbos y circonio son estables a temperatura ambiente, pero comienzan a disociarse en hidrgeno y el metal puro en forma de polvo cuando se calientan a unos 350C, fundamento de la descomposicin trmica.

En forma similar, puede hacerse combinar el nquel y el hierro con monxido de carbono, formando carbonilos voltiles. El vapor de carbonilo se descompone entonces una cmara fra, de manera que se depositan partculas casi esfricas del metal muy puro.

Este mtodo es til para producir nquel y hierro muy puros

Ni (CO)4 = Ni + 4CO

ATOMIZACIN

Este proceso y sus modificaciones se han usado para preparar polvos de muchos metales, incluyendo cobre, cinc, plomo, aluminio y hierro. Se hace pasar un chorro de metal fundido frente a una corriente de gas inerte comprimido, y el polvo que as se forma se recoge en un sistema de coleccin de polvo.

La velocidad del fluido condiciona la granulometra del polvo, la forma y el tamao.

Una variante muy extendida e s la atomizacin centrfuga, recurso que sustituye al impulso por el gas comprimido, conseguido por la velocidad angular del electrodo que se est fundiendo dentro de la cmara de atomizacin. La velocidad angular controla el tamao del grano conseguido.

ACONDICIONAMIENTO DEL POLVO

Es la fase preparatoria a la conformacin y tiene el objeto de facilitar la compactacin y controlar las propiedades del producto, a travs de:

El control del tamao y forma del polvo por tratamiento mecnico.

El decapado del grano, si hubieran sufrido oxidaciones.

La homogenizacin estadstica de los polvos para conseguir la invariabilidad del proceso.

La adiccin de lubricantes, ligantes y activadores del sinterizado; cuyas funciones las observaremos posteriormente.

DESCRIPCIN DEL PROCESO BASICO DE SINTERIZACIN

El proceso bsico de sinterizacin estconstituido por las dos etapas siguientes:

Compactacin, por la que se consigue la forma del molde, pero con la resistencia mnima que permite su cuidadosa manipulacin.

Sinterizacin, por la que se alcanza su resistencia adecuada al uso.

Se analizan a continuacin las etapas de compactacin y sinterizacin calificando la relacin que tienen sobre las caractersticas de producto.

LA COMPACTACIN En la compactacin se obtiene la forma deseada de las piezas, con dimensiones muy

aproximadas, por medio de una fuerte compresin del polvo que rellena un molde que, como en la colada, es el negativo volumnico de la pieza a obtener. En la compactacin se distinguen tres fases: El llenado del molde, la compresin y la expulsin.

En la fase de llenado, el molde se llena con el polvo que se ha mezclado previamente. La cantidad del polvo se determina por el volumen requerido, Vm.

En la segunda fase, la fase de compresin, la presin se ejerce con prensas mecnicas o hidrulicas. Las segundas suelen ser de mayor potencia, aunque ms lentas, 2 piezas/minuto, mientras que las mecnicas alcanzan 30 piezas/minutos. La presin se transmite a la masa de polvos de tres maneras distintas:

Presin aplicada por un solo lado, simple efecto. La presin de compactacin slo se aplica a la masa de polvos por el punzn superior. La distribucin de la densidad en el compacto no es homognea, debido a que la masa de polvos no cumple las propiedades hidrodinmicos, como consecuencias del rozamiento interno.

Presin aplicada simultneamente por los dos extremos, doble efecto. La matriz estequipada con dos punzones mviles, uno inferior y otro superior. Se consigue una densidad ms homognea que en el caso anterior. Este es el mtodo ideal, pero en la prctica es el ms difcil de conseguir.

Una vez se ha alcanzado la forma indicada por el molde, y la altura h prefijada, en la prensa, se extrae lo que constituye la pieza en verde. El proceso requiere que la pieza en verde tenga la suficiente resistencia que permita su cuidadosa manipulacin. Para ello, la materia prima, constituida por los polvos, debe permitir las uniones cohesivas intersuperficiales, lo que ser factible, si los polvos son de la misma naturaleza, o discutible, si no lo son.

La etapa de compactacin obtiene una pieza, en verde, de dimensiones prefijadas y con resistencia suficiente para permitir su extraccin del molde y manipulacin.

LA SINTERIZACIN

La fase de sinterizacin consiste en el tratamiento isotrmico de la pieza en verde durante el tiempo de operacin, TS y la temperatura, TS, habitualmente inferior a la defusin de sus partculas e inferior a las de cambio alotrpico, si lo tuviera.

Por medio de la sinterizacin, la pieza en verde se transforma en una pieza con la resistencia necesaria para ser aplicada con fines industriales, lo que se logra por la consolidacin y extensin de las uniones cohesivas intersuperficiales