Quattro processi per la produzione di polvere metallica

Produzione di polveri metalliche

Il primo passaggio del processo complessivo della metallurgia delle polveri (PM) consiste nella produzione di polveri metalliche. Per la produzione delle polveri si utilizzano quattro processi principali: riduzione allo stato solido, atomizzazione, elettrolisi e trattamento chimico.

Riduzione allo stato solido

Nella riduzione allo stato solido, il minerale selezionato viene frantumato, generalmente miscelato con carbonio, e fatto passare attraverso un forno continuo. Nel forno avviene una reazione che riduce il carbonio e l'ossigeno presenti nella polvere, lasciando una massa di metallo spugnoso che viene poi frantumata, separata da tutto il materiale non metallico e setacciata per produrre la polvere. Poiché non viene eseguita alcuna operazione di raffinazione, la purezza della polvere dipende da quella delle materie prime. Le particelle irregolari simili a spugne sono morbide, facilmente comprimibili e producono compatti con una buona resistenza pre-sinterizzazione («a crudo»).

Atomizzazione

In questo processo, il metallo fuso viene separato in piccole gocce e congelato rapidamente prima che le gocce entrino in contatto tra loro o con una superficie solida. In genere, un sottile getto di metallo fuso viene disgregato sottoponendolo all'impatto di getti ad alta energia di gas o liquido. In linea di principio, la tecnica è applicabile a tutti i metalli che possono essere fusi e viene utilizzata commercialmente per la produzione di ferro; rame; acciai legati; ottone; bronzo; metalli a basso punto di fusione come alluminio, stagno, piombo, zinco e cadmio; e, in casi selezionati, tungsteno, titanio, renio e altri materiali ad alto punto di fusione.

Elettrolisi

Scegliendo condizioni adeguate, come la composizione e la concentrazione dell'elettrolita, la temperatura e la densità di corrente, molti metalli possono essere depositati allo stato spugnoso o in polvere. Spesso sono necessarie ulteriori lavorazioni - lavaggio, essiccazione, riduzione, ricottura e frantumazione - che portano infine a polveri di elevata purezza e densità. Il rame è il principale metallo prodotto mediante elettrolisi, ma con questo metodo si producono anche polveri di ferro, cromo e magnesio. A causa degli elevati costi energetici associati, l'elettrolisi è generalmente limitata alle polveri di alto valore, come quelle di rame ad alta conduttività.

Chimico

I trattamenti chimici più comuni delle polveri comprendono la riduzione degli ossidi, la precipitazione da soluzioni e la decomposizione termica. Le polveri prodotte possono avere proprietà molto diverse, pur presentando dimensioni e forme delle particelle strettamente controllate. Le polveri ottenute dalla riduzione degli ossidi sono spesso descritte come «spugnose», a causa dei pori presenti all'interno delle singole particelle. Le polveri precipitate da soluzioni possono offrire distribuzioni granulometriche ristrette e un'elevata purezza. La decomposizione termica viene utilizzata soprattutto per trattare i carbonili. Queste polveri, una volta macinate e ricotte, superano il 99,5% di purezza.