Asignatura : Ciencia de Materiales II Docente : Ing. Química Tatiana GrigorievaSesión : Nº 13

MATERIALES EN POLVO1. Obtención de los materiales en polvo, sus ventajas y desventajas.2. Materiales en polvo de construcción (de piezas), para instrumentación,

materiales con propiedades especiales. Campos de aplicación de los materiales en polvo.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERUFacultad de Ingeniería de Transporte y Software

1.Obtención de los materiales en polvo, sus ventajas y desventajas.

Los materiales pulverulentos se han utilizado desde hace muchos siglos atrás en diferentes lugares del planeta:Joyas de los materiales pulverulentos del antigua Egipto,Brazaletes cubiertos con oro en polvo de los antiguos aztecas e incas.

Pero un trabajo sistemático sobre la metalurgia de polvos (metales en polvo) empiezo en Rusia en los años 20 del siglo XIX.

Un claro ejemplo del uso de este tipo de tecnologías sirve la tecnología tipo “STELLS” de los nanopolvos (para el revestimiento de los aviones “invisibles” para los radares.Este tipo de recubrimientos absorbe la radiación en un amplio intervalo siendo invisible para un radar.

Nanopolvos.Los científicos denominan nanopartículas, llamadas también nanopolvo, nanoracimo o nanocristal, a unas partículas microscópicas con una dimensión inferior a 100 nanómetros (nm).Estas minipartículas se utilizan ya en productos tan variados como: las cremas antisolares, la ropa deportiva e incluso en algunos suplementos alimentarios,

El microscopio Iónico-electrónico Quanta 200 3D, Univ. Estatal Belgorod, Rusia

aditivos en combustibles: se ha comprobado que las nanopartículas de óxido de cerio permiten reducir el gasto de diesel,

lubricantes: se pretenden utilizar nanoesferas de materiales inorgánicos que actúen como pequeños rodamientos, reduciendo el desgaste de superficies sometidas a grandes tensiones mecánicas

Las empresas de cosméticos añaden nanopartículas a las cremas antisolares para darles transparencia, mientras que los fabricantes de ropa deportiva emplean nanopartículas de plata para combatir las bacterias causantes de los malos olores.

Por otro lado, la industria del motor emplea nanofibras de carbono en losneumáticos, y otros muchos sectores recurren a los llamados nanomateriales.

Se calcula que hay por lo menos 600 productos disponibles, actualmente, en todo el mundo que contienen algún tipo de nanopartículas, y su uso se va a incrementar.

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Nanotecnología se basa en los productos manufacturados, se realizan a partir de átomos.

Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos.

Así por ejemplo, si reubicamos los átomos podemos hacer diamantes. Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

Un Ordenador Molecular es un millón de veces más eficaz que un ordenador basado en chips de silicio.

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NANOPOLVOSPodemos ver el nuevo prototipo de coche deportivo diseñado por Leonardo Fioravanti, el Hydra, que presenta como gran innovación al mundo automovilístico un parabrisas que se limpia solo gracias a la nanotecnología.

El parabrisas se compone de cuatro capas de vidrio entra las que la primera de ellas repele el agua y filtra el sol, la segunda utiliza nanopolvo para limpiar la suciedad del vidrio repeliéndola hacia el exterior del vidrio, una tercera que funciona de sensor que detecta la suciedad y activa la segunda capa y por último la cuarta capa se trata de un conductor de electricidad.

Esta tecnología se está desarrollando actualmente para ser implantada en los nuevos vehículos en unos pocos años.

Otro ejemplo es el uso de aluminio para los aviones y cohetes después de la II ª guerra mundial.

Se necesitaban los aleaciones del aluminio súper ligeras y resistentes mecánicamente (Tºfusión =660ºC) .

Pero al aluminio a temperaturas altas pierde su resistencia. Y en Suiza se establecieron que el material a base de aluminio en polvo tiene una alta resistencia mecánica a altas temperaturas.

Se investigó este fenómeno y resultó que durante el proceso de prensado al aluminio se introducen las partículas de óxido de aluminio Al2O3 con cuales se cubre normalmente el aluminio en el medio ambiente, lo que sirvió para elaborar una nueva tecnología de SAPos (en ruso)- Polvos de aluminio superresistentes.

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Crean un sistema de refrigeración más efectivo para motores híbridos y eléctricos

El nuevo sistema de refrigeración tiene un amplio campo de aplicación en el sector mecánico, ya que permite prevenir el sobrecalentamiento de distintos dispositivos en los motores utilizados en los vehículos híbridos y eléctricos.

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submarinos rusos del proyecto 877 tipo "Varshavianka".

¿Qué se entiende por un polvo metálico?

Son las partículas muy pequeñas del material como aluminio, cobre ,etc. Y resulta que, la disgregación de los metales en partículas hasta 1µm, conlleva a la aparición de las propiedades, que no son la característica de los mismos materiales pero en su estado macro.

¿Qué parámetros influyen en las propiedades de los productos (piezas) terminados y en la tecnología al aplicar?

TAMAÑO de las partículas, forma de las partículas, composición granulométrica del polvo (presencia de las partículas de

diferente tamaño),la mezcla de un material con orto material diferente, etc.

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Materiales a base de carbono y grafito

Los materiales en base a grafito ó carbono ocupan un lugar intermedio entre los metales y no-metales y por eso se utilizan en los casos cuando en necesario combinar las propiedades de ambos.

Los materiales de carbono para la construcción de la maquinaria se obtienen mediante una grafitización ( proceso a altas temperaturas) , el cuál propicia la formación de una estructura parcialmente ó completamente cristalizada ( cristalina) gracias a crecimiento de los cristales durante la recristalización.

La estructura de estos materiales es una carcasa de las partículas del carbono grafitizadas, unidos entre si con un material grafitizante para el carbono.

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El método de obtención de los polvos ejerce la influencia sobre alas propiedades de estos y como es obvio sobre la propiedades de los artículos elaborados de estos polvos.Los métodos de obtención de los polvos suelen dividir en dos:

métodos mecánicos y métodos físico-químicos.

A los métodos mecánicos pertenecen:Molienda en los molinos tipo turbina hasta obtener un polvo,Pulverización del fundido , cuando durante la fundición de los metales

(preparación de una aleación), el fundido pulverizan con el aire comprimido.

A los métodos físico-químicos pertenecen, por ejemplo,electrólisis y reducción de los óxidos (obtención de los polvos de los minerales).

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Resulta, que durante la molienda de los polvos y la pulverización del fundido del mismo material ,se obtiene diferente forma de las partículas.

Durante la pulverización con el aire comprimido del chorro de un metal liquido (fundido), por ejemplo, las partículas obtienen la forma esférica,

pero si se utiliza la molienda del mismo material en un molino – se obtiene la forma de esquirlas.

También después del molino, los polvos se obtiene fortalecidos (unas partículas sobre otras) y se van a comportarse diferente durante el siguiente procesamiento (prensado y horneado) que los que se han obtenido del fundido del metal.

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Para la obtención de las estructuras anisótropas y de varias capas (mil hojas),se utiliza el pirocarbono.En la ingeniería automotriz se utilizan:

los grafitos naturales y sintéticos, de electrodo, antifricción, resistentes al fuego, las fibras del carbono, telas de carbono y fibras vidrio-carbono.

En los aparatos eléctricos se utilizan piezas de grafito. En los rodajes se utilizan los anillos, placas, empaquetaduras de grafito. Ellos son capaces de trabajar sin engrase, en las temperaturas altas o bajas, altas velocidades y en los medios agresivos.

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•Durante el trabajo de la pieza metal –grafito se desgasta la parte de grafito.

•En la superficie del metal se forma una película del grafito, y en la parte de grafito – una brillosa capa de los cristales de gratito orientados en el espacio.

• Exactamente esta dupla tiene el mínimo desgaste y mínimo coeficiente de fricción.

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Las empaquetaduras son empleadas para sellar ejes de bombas, compresores y vástagos de válvulas. Son elaboradas en diversos materiales, pudiendo ser o no reforzadas con filamentos metálico

Propiedades y Ventajas: Resistentes a temperaturas desde los -240 ºC hasta los 1000 ºC.Resistentes a presiones de 5000 psi.Resistentes a la fricción, casi nula en bombas (Flush free).Libre de fugas (Leak free).Contra incendios (Fire safe).Seguridad en las emisiones al ambiente (Emission safe). Emisiones

inferiores a 100ppm.No pierden peso ni volúmen a 650 ºC. Evitando la necesidad de usar

arandelas elásticas en los tornillos de la prensa estopa, entre otros.Reduce el consumo eléctrico.

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