¿para qué se utiliza el níquel en polvo?

El níquel en polvo, en mi opinión, es realmente una especie de "todoterreno". La razón por la que puede comer bien en varias áreas clave es principalmente porque tiene conductividad eléctrica, magnetismo, resistencia a la corrosión y estabilidad a altas temperaturas. La combinación de estas características lo hace especialmente potente. Verá, desde la tecnología avanzada de baterías para el almacenamiento de energía, pasando por la fabricación aditiva (es decir, lo que solemos decir impresión 3D), hasta los "bastidores" de componentes electrónicos como condensadores cerámicos multicapa (MLCC) y pastas conductoras, incluso actuando como catalizadores en diversas reacciones químicas, o proporcionando recubrimientos protectores y funcionales mediante la tecnología de pulverización térmica, e incluso mejorando el rendimiento de aleaciones metalúrgicas... por así decirlo, la amplia gama de aplicaciones es un poco sorprendente.

Las principales aplicaciones del níquel en polvo

Cuando elegimos qué polvo de níquel utilizar (como polvo de níquel carbonílico, polvo de níquel electrolítico, polvo de níquel atomizado, esférico, dendrítico, etc.), para decirlo sin rodeos, tenemos que decidir en función del rendimiento, los requisitos de pureza y los métodos de procesamiento que queremos conseguir al final. Todo esto es importante.

1. Almacenamiento de energía

• Pilas de níquel-cadmio (Ni-Cd) y de níquel-hidruro metálico (Ni-MH): Siempre he pensado que las baterías de níquel-cadmio y de níquel-hidruro metálico han llegado a este punto hoy en día, gracias a las finas partículas de níquel en polvo. Se puede utilizar para fabricar electrodos porosos, de modo que aumente la superficie de la reacción electroquímica y, naturalmente, la eficacia de carga y descarga y la vida útil del ciclo. Por lo tanto, la pureza y la morfología del polvo de níquel afectan directamente al rendimiento general y a la vida útil de la batería, lo cual no es ninguna exageración.
• Baterías de iones de litio: Aunque el polvo de níquel en sí no es el principal material activo de las baterías de iones de litio, por lo que sé, los compuestos de níquel desempeñan un papel fundamental en muchos materiales catódicos (como NMC y NCA). Además, ahora también estamos explorando el uso de algún polvo de níquel conductor o lámina de níquel para mejorar la eficiencia de captación de corriente dentro de la batería y reducir la resistencia interna.
• Pilas de combustible de óxido sólido (SOFC): A altas temperaturas, los compuestos de cermet con base de níquel se utilizan a menudo como materiales de ánodo para las pilas de combustible SOFC debido a su excelente actividad catalítica y conductividad eléctrica.

2. Fabricación aditiva (impresión 3D)

• Fusión de lecho de polvo (por ejemplo, SLM, EBM): Para la fabricación aditiva, el polvo esférico de aleación de níquel de gran pureza (como Inconel 625, Inconel 718) es simplemente "mágico". Especialmente en los campos aeroespacial, automovilístico y médico, con requisitos de rendimiento extremadamente altos, puede utilizarse para imprimir estructuras complejas, y las propiedades mecánicas son especialmente buenas. Sin embargo, hay varios requisitos difíciles de cumplir: buena fluidez, control adecuado de la distribución del tamaño de las partículas y bajo contenido de oxígeno. Sólo así el proceso de impresión es estable y las piezas no presentan problemas.
• Binder Jetting: El polvo de níquel también puede utilizarse en el proceso de inyección de aglutinante y, a continuación, sinterizarse para fabricar algunas piezas bien diseñadas.

3. Aplicaciones en electrónica

• Condensadores cerámicos multicapa (MLCC): Cuando pienso en MLCC, siempre pienso en polvo de níquel ultrafino. Este material es el alma de los electrodos internos de los MLCC de electrodo metálico base (BME). Su alta conductividad, y la capacidad de co-sinterizar con cerámicas dieléctricas a temperaturas relativamente bajas, es esencial para la producción de componentes electrónicos con pequeños volúmenes y grandes capacitancias, que se pueden ver en casi todos nuestros circuitos electrónicos.
• Pastas y tintas conductoras: En esta pieza de pasta y tinta conductoras, el polvo de níquel en escamas o dendrítico es sin duda una opción rentable y fácil de usar. Se utiliza en el blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI), la electrónica flexible y el enrutamiento de placas de circuitos donde se requieren coste y conductividad.
• Materiales magnéticos: Dado que el níquel es ferromagnético, el polvo de níquel también puede encontrar su lugar en algunas aplicaciones magnéticas, como los materiales de blindaje magnético y algunos materiales compuestos magnéticos blandos.

4. Facilitar las transformaciones químicas

• Reacciones de hidrogenación: Cuando se trata de catalizadores, el níquel Raney es famoso. Este catalizador de níquel poroso es un "veterano" en las industrias petroquímica, farmacéutica y alimentaria para la hidrogenación de compuestos orgánicos insaturados.
• Metanización y reformado: Los catalizadores de níquel son esenciales en la síntesis de gas natural (metanación) y en el reformado al vapor de hidrocarburos para producir hidrógeno. La enorme superficie y la singular morfología del polvo de níquel contribuyen en gran medida a su actividad catalítica.

5. Revestimientos por pulverización térmica e ingeniería de superficies

• Resistencia al desgaste y a la corrosión: Para poner una capa de "camisa de tela de hierro de campana dorada" a las piezas, el revestimiento de aleación a base de níquel y níquel puro es realmente una buena mano. Por pulverización de plasma, pulverización de combustible de oxígeno de alta velocidad (HVOF) o pulverización de arco, estos recubrimientos pueden proporcionar una excelente resistencia al desgaste, la corrosión y la erosión de los componentes en entornos marinos, procesos químicos y generación de energía.
• Resistencia a la oxidación a altas temperaturas: Polvos de níquel-cromo y otras aleaciones de níquel que forman revestimientos protectores para ayudar a las piezas a resistir temperaturas extremas y entornos oxidantes agresivos.

6. Aleación metalúrgica

• Superaleaciones: Como elemento de aleación principal, el níquel ha contribuido significativamente a la resistencia a altas temperaturas y a la fluencia que requieren las superaleaciones de los motores a reacción y las turbinas de gas.
• Aceros inoxidables: Aunque el níquel suele añadirse al acero inoxidable en forma elemental, en algunas rutas especiales de procesamiento pulvimetalúrgico también puede utilizarse polvo de níquel para producir acero inoxidable con el fin de mejorar determinadas propiedades o crear formas más complejas.

Propiedades y producción del polvo de níquel

Si realmente se quiere entender el uso del níquel en polvo, no se pueden obviar de ninguna manera sus características básicas y sus métodos de producción. Éstos determinan directamente lo que puede hacer y lo bien que lo puede hacer.

Propiedades clave:

• Pureza: La pureza de este material, desde el grado industrial hasta la pureza ultra alta. Hablando claro, afecta directamente a la conductividad, sobre todo en aquellas aplicaciones sensibles con requisitos especialmente elevados, como los productos electrónicos, que no son descuidados.
• Tamaño y morfología de las partículas: Las partículas pueden oscilar entre submicras y decenas de micras, y las formas son muy diversas: esféricas, dendríticas (irregulares), en escamas y filamentosas. Ésta es interesante. El polvo esférico es especialmente popular en la fabricación aditiva por su buena fluidez. Sin embargo, el polvo en escamas destaca en la pasta conductiva por su elevada relación de aspecto y su gran área de contacto. El polvo dendrítico tiene una gran superficie y es muy importante para catalizadores y electrodos de baterías, lo que es muy importante.
• Conductividad eléctrica: Es altamente conductor, lo que lo convierte en un material ideal para electrodos y vías conductoras.
• Propiedades magnéticas: Como 1 material ferromagnético, el polvo de níquel es útil en el blindaje magnético y en diversos componentes magnéticos.
• Resistencia a la corrosión: El níquel tiene buena resistencia a muchos ambientes corrosivos, por lo que es especialmente adecuado para revestimientos y aleaciones de protección.
• Alto punto de fusión: El punto de fusión de unos 1455°C garantiza su estabilidad en aplicaciones de alta temperatura.

Métodos de fabricación:

El método de producción es la clave, que determina directamente las características del polvo:

1. Proceso carbonílico: este método puede hacer de alta pureza, partículas muy finas (sub micras a unas pocas micras), por lo general esférica o cadena de níquel en polvo, el principio es descomponer el 4 de carbonilo de níquel. Se utiliza básicamente en lugares como MLCC y tinta conductora.
2. Deposición electrolítica: La deposición electrolítica produce polvo de níquel de gran pureza, a menudo dendrítico, con una gran superficie. Se utiliza mucho en electrodos de baterías y catalizadores.
3. Atomización: El método de atomización consiste simplemente en fundir níquel o una aleación de níquel y, a continuación, utilizar gas (como argón o nitrógeno) o agua para solidificarlo rápidamente y convertirlo en polvo esférico fino. Para la fabricación aditiva, puede producir una morfología esférica y una buena fluidez, lo cual es muy crítico.

Autor: Dr. Chris

El Dr. Chris. científico e ingeniero superior de materiales, aporta más de 15 años de experiencia en materiales metálicos. Especializado en la preparación, caracterización y aplicaciones innovadoras del polvo de níquel en baterías avanzadas, fabricación aditiva, catalizadores y componentes electrónicos, el Dr. [Su nombre/su seudónimo] ofrece una visión profunda de su papel fundamental en la tecnología moderna.