E se a chave para criar o pó metálico perfeito estivesse nos métodos usados para produzi-lo? Este artigo se aprofunda em várias técnicas de preparação de pós metálicos, desde a redução e a eletrólise até a atomização e a pulverização mecânica. Os leitores descobrirão como esses métodos afetam a qualidade e as características dos pós metálicos, essenciais para aplicações em metalurgia, eletrônica e muito mais. Ao final, você entenderá os princípios por trás desses métodos e como eles moldam o futuro da tecnologia de pós metálicos.
A preparação de pós metálicos e de seus compostos desenvolveu vários métodos, e várias classificações para esses métodos foram estabelecidas.
Dependendo do estado da matéria-prima, os métodos podem ser divididos em métodos sólidos, líquidos e gasosos; com base no estado dos reagentes, eles podem ser categorizados como métodos úmidos e secos; e de acordo com o princípio de produção, eles podem ser divididos em métodos físico-químicos e mecânicos.
Em geral, nos métodos físico-químicos, os mais importantes são a redução, a combinação de redução e a eletrólise, enquanto nos métodos mecânicos, a atomização e a moagem mecânica são os mais proeminentes.
A escolha do método de produção de pó metálico depende da matéria-prima, do tipo de pó, dos requisitos de desempenho do material em pó e da eficiência da produção de pó.
Como a aplicação de produtos de metalurgia do pó está cada vez mais difundida, os requisitos de tamanho, forma e desempenho das partículas de pó estão se tornando cada vez mais altos.
Portanto, a tecnologia de preparação de pós está em constante evolução e inovação para atender aos requisitos de tamanho e desempenho das partículas.
2.1.1 Método de redução
A redução de óxidos e sais metálicos é um método amplamente utilizado para a preparação de pós. O carbono sólido pode ser usado para reduzir o ferro e o pó de tungstênio, enquanto o hidrogênio ou a amônia decomposta são usados para produzir pós de tungstênio, molibdênio, ferro, cobre, cobalto e níquel.
O pó de ferro também pode ser produzido usando gás natural convertido e gás de carvão. O sódio, o cálcio, o magnésio e outros metais podem atuar como agentes redutores para produzir tântalo e nióbio, titâniozircônio, tório, urânio e outros pós de metais raros.
O princípio básico desse método de redução é que a afinidade do agente redutor utilizado pelo oxigênio é maior do que a do metal no óxido ou sal, permitindo assim a redução do metal por meio da captura do oxigênio no óxido ou sal metálico.
Como são diferentes elementos metálicos reagem de forma diferente com o oxigênio, a estabilidade dos óxidos resultantes também varia. O grau de estabilidade do óxido pode ser caracterizado pelo tamanho do ΔG durante o processo de oxidação. Quanto menor for o valor de ΔG durante a reação, maior será a estabilidade do óxido, indicando uma maior afinidade pelo oxigênio.
As vantagens desse método incluem sua simplicidade, fácil controle dos parâmetros do processo, alta eficiência de produção e baixo custo, o que o torna adequado para a produção industrial.
No entanto, ela só é aplicável a materiais metálicos que reagem prontamente com o hidrogênio e se tornam frágeis e propensos à fratura após a absorção do hidrogênio.
2.1.2 Redução térmica de metais e método de combinação de redução
A redução térmica de metais envolve a redução de matérias-primas que podem ser sólidas, gasosas ou até mesmo sais fundidos, sendo que os dois últimos têm as características de redução da fase gasosa e precipitação da fase líquida.
As aplicações industriais comuns do método de redução térmica de metais incluem o uso de cálcio para reduzir TiO2, ThO2, UO2 e outros; magnésio para reduzir TiCl4, ZrCl4, TaCl5 e outros; sódio para reduzir TiCl4, ZrCl4, K2ZrF6, K2TaF7 e outros; e hidreto de cálcio (CaH2) para co-reduzir óxido de cromo e óxido de níquel para a produção de pó de aço inoxidável de níquel-cromo.
O método de combinação de redução refere-se ao processo de obtenção de carbonetos e boretos por meio da reação de carbono, carboneto de boro, silício, nitrogênio e óxidos de metais refratários.
2.1.3 Método de eletrólise
O método de eletrólise envolve a deposição de pó metálico no cátodo por meio da eletrólise de sais fundidos ou de suas soluções aquosas. Quase todos os pós metálicos podem ser produzidos por eletrólise, sendo que os pós de cobre, prata e estanho são particularmente adequados.
A eletrólise pode ainda ser dividida em eletrólise de solução aquosa, eletrólise de eletrólito orgânico, eletrólise de sal fundido e eletrólise de cátodo de metal líquido.
A vantagem desse método é que ele produz pó metálico com alta pureza, geralmente com uma pureza de 99,7% ou mais para pós de elemento único. Além disso, a eletrólise pode controlar com precisão o tamanho das partículas, permitindo a produção de pós ultrafinos.
No entanto, o método de eletrólise consome uma grande quantidade de eletricidade, resultando em custos mais altos de produção de pó. A eletrólise aquosa pode produzir pós de Cu, Ni, Fe, Ag, Sn, Fe-Ni e outros metais (ligas), enquanto a eletrólise de sal fundido pode produzir pós de Zr, Ta, Ti, Nb e outros metais.
2.1.4 Método de hidroxila
Certos metais (como ferro, níquel etc.) são sintetizados com monóxido de carbono para formar compostos de carbonila metálica, que são então decompostos termicamente em pó metálico e monóxido de carbono.
O pó resultante é extremamente fino e puro, mas o processo é caro. Industrialmente, ele é usado principalmente para produzir pós finos e ultrafinos de níquel e ferro, bem como pós de ligas de Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co e outros.
2.1.5 Método de deslocamento químico
O método de deslocamento químico baseia-se na reatividade dos metais, em que um metal mais reativo desloca um metal menos ativo de sua solução salina, produzindo um metal (partículas de pó metálico) que é posteriormente refinado por meio de outros métodos.
Esse método é usado principalmente na preparação de pós de metais menos ativos, como Cu, Ag e Au.
2.2.1 Método de atomização
O método de atomização é um método mecânico de fabricação de pó, que envolve a pulverização direta de metal líquido ou liga para produzir pó. Ele é amplamente aplicado e fica atrás apenas do método de redução em escala.
Também conhecido como método de spray, ele pode ser usado para produzir pós de metais como chumbo, estanho, alumínio, cobre, níquel e ferro. Ele também pode ser utilizado na produção de pós de ligas, como bronze, latão, aço carbono e aço inoxidável. liga de aço.
A atomização geralmente envolve o uso de gás de alta pressão, líquido de alta pressão ou lâminas rotativas de alta velocidade para quebrar o metal ou a liga fundida de alta temperatura e alta pressão em gotículas minúsculas. Em seguida, essas gotículas se condensam dentro de um coletor para formar um pó metálico ultrafino, um processo que não envolve mudanças químicas.
A atomização é um dos principais métodos de produção de pós de metais e ligas. Há muitos métodos de atomização, como atomização de fluxo duplo, atomização centrífuga, atomização de vários estágios, tecnologia de atomização ultrassônica, tecnologia de atomização fortemente acoplada, atomização de gás de alta pressão, atomização de fluxo laminar, atomização ultrassônica fortemente acoplada e atomização de gás quente.
O pó atomizado tem vantagens como um alto grau de esfericidade, granularidade do pó controlável, baixo teor de oxigênio, baixo custo de produção e adaptabilidade à produção de vários pós metálicos.
Ela se tornou a principal direção de desenvolvimento da tecnologia de preparação de pós de ligas especiais e de alto desempenho. No entanto, a atomização tem desvantagens, como baixa eficiência de produção, baixa taxa de rendimento de pó ultrafino e consumo de energia relativamente alto.
2.2.2 Método de pulverização mecânica
A pulverização mecânica de metais sólidos é um método distinto de produção de pó, intimamente associado ao estado final da deformação sólida e à formação e extensão de trincas durante a pulverização.
Além disso, ele serve como um processo complementar indispensável para alguns métodos de produção de pó, como a moagem de precipitados catódicos frágeis produzidos eletroliticamente ou a moagem de pedaços de metal esponjosos produzidos por redução. Portanto, o método de pulverização mecânica ocupa uma posição significativa na produção de pó.
O método de pulverização varia de acordo com a natureza dos materiais e o grau de pulverização necessário.
Dependendo do modo de aplicação da força externa, a pulverização do material geralmente ocorre por meio de compressão, impacto, trituração e divisão focalizada. Os princípios operacionais de vários equipamentos de pulverização são baseados nesses métodos.
Entre eles, a moagem de bolas envolve principalmente bolas rolantes e vibratórias métodos de moagem. Esse método utiliza o mecanismo em que as partículas de metal se dividem em substâncias mais finas devido à deformação em diferentes taxas de deformação.
Suas vantagens incluem baixa seletividade em relação aos materiais, operação contínua, alta eficiência de produção e é adequado para moagem seca e úmida, facilitando a preparação de vários pós de metais e ligas. A desvantagem é que a classificação é relativamente difícil durante o processo de preparação do pó.
2.2.3 Método de moagem
O método de moagem envolve o direcionamento de gás comprimido por meio de um bocal especializado para a área de moagem, fazendo com que os materiais dentro dessa zona colidam e se transformem em pó.
O fluxo de ar expandido sobe junto com os materiais para a zona de classificação, onde um classificador do tipo turbina separa os materiais que atingiram a granularidade desejada.
O pó grosso restante retorna à área de moagem para ser moído ainda mais até atingir a granularidade necessária para a separação. O método de moagem, por ser um processo seco, elimina a necessidade de desidratação do material e de operações de secagem.
O produto resultante é de alta pureza, grande atividade e boa dispersibilidade, com granularidade fina e uma faixa de distribuição estreita. As partículas têm superfícies lisas e são amplamente aplicadas em setores como o de não metais, matérias-primas químicas, pigmentos, abrasivos, produtos farmacêuticos para a saúde e outros para trituração ultrafina.
No entanto, o método de moagem tem algumas desvantagens, como os altos custos de fabricação do equipamento e, no processo de produção de pó metálico, é necessário um suprimento contínuo de gás inerte ou nitrogênio como fonte de gás comprimido, o que leva a um consumo substancial de gás.
Portanto, ele só é adequado para processos de trituração e pulverização de metais frágeis e ligas.
Com o avanço da tecnologia, os pós metálicos foram desenvolvidos e aplicados em áreas como metalurgia, engenharia química, eletrônica, materiais magnéticos, cerâmica fina e sensores, apresentando perspectivas de aplicação promissoras.
Os pós metálicos estão tendendo a um desenvolvimento de maior pureza e superfino (nano). Embora existam vários métodos para preparar pós metálicos ultrafinos, cada método tem suas limitações e há muitos problemas que precisam ser resolvidos e aperfeiçoados.
Atualmente, os métodos mais usados para a produção de pós metálicos são a redução, a eletrólise e a atomização.
Além disso, as melhorias nos processos de produção tradicionais levaram a muitas novas técnicas e métodos de produção, como atomização ultrassônica, atomização de disco rotativo, atomização de rolo duplo e triplo, atomização de vários estágios, processo de eletrodo rotativo de plasma e método de arco elétrico.
Entre os métodos de produção de pós metálicos, embora muitos tenham sido colocados em uso prático, ainda existem dois problemas principais: a escala é pequena e o custo de produção é alto.
Para promover o desenvolvimento e a aplicação de materiais em pó metálico, é necessário fazer uso abrangente de diferentes métodos, aproveitar seus pontos fortes e compensar seus pontos fracos, além de desenvolver processos que produzam volumes de produção maiores e custos menores.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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