Atomizador de agua con polvo metálico de 100 a 400 mallas

El polvo obtenido mediante atomización por aire al vacío presenta ventajas como alta pureza, bajo contenido de oxígeno y tamaño de partícula fino. Tras años de continua innovación y perfeccionamiento, la tecnología de polvo por atomización por aire al vacío se ha consolidado como el principal método para la producción de polvos metálicos y de aleación de alto rendimiento, convirtiéndose en un factor clave para la investigación de nuevos materiales y el desarrollo de nuevas tecnologías. En este artículo se describen el principio, el proceso y los equipos de molienda de polvo mediante atomización por aire al vacío, y se analizan los tipos y usos del polvo obtenido con este método.

El método de atomización es un método de preparación de polvo en el que un fluido de rápido movimiento (medio de atomización) impacta o fragmenta el metal o aleación líquida en finas gotas, que luego se condensan en polvo sólido. Las partículas de polvo atomizado no solo tienen la misma composición química homogénea que la aleación fundida original, sino que, debido a la rápida solidificación, refinan la estructura cristalina y eliminan la macrosegregación de la segunda fase. El medio de atomización comúnmente utilizado es el agua o los ultrasonidos, denominándose atomización con agua o atomización con gas, respectivamente. Los polvos metálicos preparados mediante atomización con agua tienen un alto rendimiento y son económicos, además de una rápida velocidad de enfriamiento; sin embargo, presentan un alto contenido de oxígeno y una morfología irregular, generalmente en forma de escamas. El polvo preparado mediante tecnología de atomización ultrasónica tiene un tamaño de partícula pequeño, alta esfericidad y bajo contenido de oxígeno, y se ha convertido en el método principal para producir polvos metálicos y de aleación esféricos de alto rendimiento.

La tecnología de pulverización por atomización de gas a alta presión y fundición al vacío integra tecnologías de alto vacío, fundición a alta temperatura y gas a alta presión y velocidad, y se produce para satisfacer las necesidades del desarrollo de la metalurgia de polvos, especialmente para la producción de aleaciones de alta calidad que contienen polvo de elementos activos. La tecnología de pulverización por atomización ultrasónica/gas es una nueva tecnología de solidificación rápida. Debido a la alta velocidad de enfriamiento, el polvo presenta características de refinamiento de grano, composición uniforme y alta solubilidad en sólidos.

Además de las ventajas mencionadas, el polvo metálico producido mediante atomización de gas a alta presión por fundición al vacío presenta las siguientes tres características: pureza, bajo contenido de oxígeno, alto rendimiento de polvo fino y alta esfericidad. Los materiales estructurales o funcionales elaborados con este polvo ofrecen numerosas ventajas sobre los materiales convencionales en cuanto a propiedades físicas y químicas. Entre los polvos desarrollados se incluyen polvo de superaleación, polvo de aleación para proyección térmica, polvo de aleación de cobre y polvo de acero inoxidable.

1. Proceso y equipo de molienda de polvo mediante atomización de aire al vacío

1.1 Proceso de molienda de polvo mediante atomización de aire al vacío

El método de pulverización por atomización de aire al vacío es un nuevo proceso desarrollado en la industria de fabricación de polvo metálico en los últimos años. Presenta ventajas como la baja oxidación de los materiales, el enfriamiento rápido del polvo metálico y un alto grado de automatización. El proceso específico consiste en que, tras fundir y refinar la aleación (metal) en un horno de inducción, el metal fundido se vierte en un recipiente de aislamiento térmico, entra en el tubo guía y la boquilla, y el flujo de metal fundido se atomiza mediante un flujo de gas a alta presión. El polvo metálico atomizado se solidifica y se deposita en la torre de atomización, cayendo finalmente en el tanque de recolección de polvo.

El equipo de atomización, la atomización ultrasónica y el flujo de metal líquido son los tres aspectos básicos del proceso de atomización de gas. En el equipo de atomización, el gas ultrasónico inyectado se acelera e interactúa con el flujo de metal líquido inyectado para formar un campo de flujo. En este campo de flujo, el flujo de metal fundido se rompe, se enfría y se solidifica, obteniendo así un polvo con ciertas características. Los parámetros del equipo de atomización incluyen la estructura de la boquilla, la estructura del catéter, la posición del catéter, etc.; el gas de atomización y sus parámetros de proceso incluyen las propiedades ultrasónicas, la presión de entrada de aire, la velocidad del aire, etc.; y el flujo de metal líquido y sus parámetros de proceso incluyen las propiedades del flujo de metal líquido, el sobrecalentamiento, el diámetro del flujo de líquido, etc. La atomización ultrasónica logra el objetivo de ajustar el tamaño de partícula del polvo, la distribución del tamaño de partícula y la microestructura mediante el ajuste de varios parámetros y su coordinación.

1.2 Equipos de pulverización por atomización de aire al vacío

Los equipos actuales de pulverización por atomización al vacío incluyen principalmente equipos extranjeros y nacionales. Los equipos fabricados en el extranjero ofrecen alta estabilidad y precisión de control, pero su costo es elevado, al igual que los costos de mantenimiento y reparación. Los equipos nacionales, por su parte, tienen un costo y mantenimiento bajos y sencillos. Sin embargo, los fabricantes nacionales generalmente no dominan las tecnologías clave, como las boquillas y los procesos de atomización. Actualmente, los institutos de investigación y las empresas de producción extranjeras pertinentes mantienen la tecnología en estricta confidencialidad, y los parámetros específicos del proceso industrializado no se pueden obtener de la literatura ni de las patentes. Esto provoca que el rendimiento de polvo de alta calidad sea demasiado bajo para ser rentable, lo cual es la principal razón por la que nuestro país no ha podido producir industrialmente polvo de alta calidad, a pesar de contar con numerosas unidades de investigación y producción de polvo para aerosoles.

La estructura del dispositivo de pulverización por atomización ultrasónica consta de las siguientes partes: horno de fusión por inducción de frecuencia intermedia, horno de mantenimiento, sistema de atomización, tanque de atomización, sistema de recolección de polvo, sistema de suministro ultrasónico, sistema de enfriamiento por agua, sistema de control, etc.

Actualmente, diversas investigaciones sobre aerosolización se centran principalmente en dos aspectos. Por un lado, se estudian los parámetros de la estructura de la boquilla y las características del flujo del chorro. El objetivo es obtener la relación entre el campo de flujo de aire y la estructura de la boquilla, de modo que el ultrasonido alcance la velocidad óptima en la salida de la boquilla con un caudal ultrasónico reducido, proporcionando así una base teórica para el diseño y procesamiento de la boquilla. Por otro lado, se estudia la relación entre los parámetros del proceso de atomización y las propiedades del polvo. El objetivo es analizar el efecto de los parámetros del proceso de atomización sobre las propiedades del polvo y la eficiencia de la atomización, considerando cada boquilla específica, para optimizar y guiar la producción de polvo. En resumen, mejorar la productividad del polvo fino y reducir el consumo de gas marcan la dirección del desarrollo de la tecnología de atomización ultrasónica.

1.2.1 Diversos tipos de boquillas para atomización ultrasónica

El gas atomizador aumenta la velocidad y la energía a través de la boquilla, rompiendo así eficazmente el metal líquido y preparando el polvo que cumple con los requisitos. La boquilla controla el flujo y el patrón de flujo del medio atomizado, y desempeña un papel crucial en el nivel de eficiencia de atomización y la estabilidad del proceso, siendo la tecnología clave de la atomización ultrasónica. En los primeros procesos de atomización de gas, se utilizaba generalmente la boquilla de caída libre. Esta boquilla tiene un diseño simple, no se obstruye fácilmente y su proceso de control es relativamente simple, pero su eficiencia de atomización no es alta y solo es adecuada para la producción de polvo con un tamaño de partícula de 50-300 μm. Para mejorar la eficiencia de atomización, posteriormente se desarrollaron boquillas restrictivas o boquillas de atomización de acoplamiento estrecho. La boquilla estrecha o restrictiva acorta la distancia de vuelo del gas y reduce la pérdida de energía cinética en el proceso de flujo de gas, aumentando así la velocidad y la densidad del flujo de gas que interactúa con el metal, e incrementando el rendimiento del polvo fino.

1.2.1.1 Boquilla de ranura circunferencial

El ultrasonido de alta presión entra en la boquilla tangencialmente. Luego es expulsado a alta velocidad para formar un vórtice.