Questions & answers

Densificación de material

Es posible aplicar tratamiento por calor mediante soluciones sólidas a cualquier material en el proceso HIP. Asimismo, es posible envejecer aleaciones endurecibles para reforzarlas y eliminar la porosidad de las microestructuras. Estas altas tasas de enfriamiento también son beneficiosas para materiales cerámicos, como el nitruro de silicio. Además, la presión en el interior del recipiente contribuye a estos procesos.

La tecnología HPHT utiliza la convección del medio de presión HIP sobre superficies frías en el interior del recipiente HIP. El diseño de los equipos de Quintus hacen posible el enfriamiento de estas superficies. Gracias a las tecnologías URC® y URQ® de Quintus, es posible controlar y dirigir el flujo de gas para ajustar la tasa de enfriamiento.

En Quintus le ayudaremos a mejorar la distribución de sus instalaciones para garantizar la mayor productividad. Podemos modificar el diseño de la máquina para optimizar el espacio utilizado y así garantizar una excelente planificación de las obras públicas, del transporte y de la instalación. Le ayudaremos a poner en marcha sus proyectos para optimizar el retorno de inversión.

De las dos tecnologías de fabricación de recipientes, monobloque y bobinado, esta última permite crear cilindros con un volumen de 2000 l.

Aunque estamos abiertos a diferentes enfoques, nos centramos principalmente en el formato “pouch”. A nivel de pruebas de producción, nos parecen muy interesantes los conceptos que incluyen ánodos de litio. En nuestros Centros de aplicación de Suecia y EE. UU probamos a diario sistemas de electrolitos de estado sólido con sulfuros, óxidos y resinas compuestas.

Depende del diseño de las celdas. Para diseños con ánodos de litio o sin ellos, Quintus propone la densificación de todas las celdas de tipo “pouch” mediante prensas isostáticas tras el apilado y el empaquetado.

A pesar de que la inversión inicial pueda parecer alta, en realidad es menor en comparación con otros sistemas que se utilizan en la actualidad para la fabricación de baterías. Según un modelo de costos realista, nuestros cálculos indican que el coste del prensado isostático por KWh es bajo. Este modelo se basa en varios parámetros, de entre los cuales, los más importantes son las dimensiones del empaquetado y el tamaño del recipiente, el cual se puede adaptar según las necesidades del cliente.

El polvo en moldes sometido a una presión extrema se compacta hasta formar un sólido, con una densidad de hasta el 95 % según el material.

Ya que la tecnología HIP elimina defectos internos en la carga, se mejoran las propiedades del material, como la resistencia a la fatiga, a la elongación y a los impactos. El posterior esmerilado o pulido de las superficies demuestra unos excelentes valores de rugosidad, sin porosidades no deseadas, puesto que la tecnología HIP solventa estos inconvenientes. puesto que la tecnología HIP solventa estos inconvenientes.

El polvo en moldes sometido a una alta presión se compacta hasta formar un sólido, con una densidad de hasta el 95 % según el material.

La tecnología de prensado isostático a temperatura media (WIP) somete los componentes o el polvo en moldes a una presión isostática extrema de hasta 600 MPa (87 022 psi) a temperatura ambiente. Como medio de presión se suele utilizar agua, emulsiones o aceite, y en algunos casos los componentes se pueden introducir el bolsas.

En la tecnología HIP se utiliza un recipiente de presión con un horno en su interior y gas a muy alta presión, generalmente argón a alta temperatura, para consolidar materiales y eliminar defectos internos, como porosidades o microfisuras. Debido a que en la tecnología HIP se manejan temperaturas muy cercanas a las utilizadas en tratamientos por calor, suelen ocurrir fluencias, difusiones y deformaciones o defectos mecánicos debido a la elevada presión externa.

La tecnología de prensado isostático en frío (CIP) somete los componentes o el polvo en moldes a una presión isostática extrema de hasta 600 MPa (87 022 psi) a temperatura ambiente. Como medio de presión se suele utilizar agua, emulsiones o aceite, y en algunos casos los componentes se pueden introducir el bolsas.

El tratamiento por calor de alta presión es la denominación de Quintus para la combinación del tratamiento por calor con el procesado por HIP de calentamiento controlado. La capacidad para controlar el enfriamiento de los equipos de Quintus permite aplicar el tratamiento por calor directamente tras los pasos de densificación.

Quintus ha desarrollado rutinas para garantizar una atmósfera limpia durante el ciclo HIP y así minimizar el riesgo de oxidación durante el procesado en comparación con los métodos tradicionales. Esta es una tecnología nueva que revolucionará el proceso de limpieza en las HIP.

Uniform Rapid Cooling, URC®, es una invención de Quintus que permite enfriar la carga de forma uniforme. Mediante la convección forzada de gas a alta temperatura y a alta presión sobre un disipador, es posible controlar el enfriamiento. URC® se utiliza para metales y materiales cerámicos para aumentar la productividad y aplicar tratamiento por calor a las piezas.

Uniform Rapid Quenching, URQ®, es una invención de Quintus que permite enfriar la carga a gran velocidad, a una tasa de enfriamiento similar a la del enfriamiento por gas. El gas frío en el sistema HIP se intercambia por el gas caliente del horno a una tasa muy alta, lo que provoca el enfriamiento eficiente y uniforme de la carga con la mínima tensión para el material.

El tratamiento HIP se utiliza para consolidar polvos, sólidos y cualquier combinación de estos. Se pueden tratar materiales cerámicos, metálicos y resinas compuestas. El tratamiento HIP se utiliza en materiales ligeros, aceros de alta velocidad y herramientas de acero y superaleaciones, y en la actualidad se están desarrollando materiales de nueva generación, como aleaciones de alta entropía, mediante esta tecnología.

Los materiales habituales son metales, imanes débiles y polvos cerámicos. En algunos casos, los materiales tratados con CIP se pueden volver a procesar con prensado isostático en caliente.

Los equipos HIP modernos de Quintus funcionan a una temperatura máxima de 2000 °C (3632 °F) y a una presión máxima de 2000 MPa (30 000 psi). Los parámetros dependen del material, y generalmente un aumento de la presión permite utilizar una menor temperatura para conservar la microestructura del material. No obstante, el ciclo HIP utilizado no debe superar la temperatura de fusión del material tratado.

Generalmente, la gama de equipos estandar, de hasta 1,6 m de diámetro, tiene una capacidad de 200 MPa. Cuanto mayor es el diámetro de la zona caliente, más fuerza se ejerce en los cierres. El diseño de bastidor bobinado de Quintus se ha desarrollado para solucionar esta cuestión, ya que permite ajustar la resistencia a la presión de los equipos de gran tamaño según sus necesidades.

Las prensas isostáticas a temperatura media para baterías pueden proporcionar presiones de hasta 600 MPa y alcanzar una temperatura de 150 °C con agua o aceite como medios de presión.

La prensa más grande del mundo, propiedad de la empresa japonesa Metal Technology Company, cuenta con una zona caliente de 2,05 m de diámetro y 4,2 m de altura. En la actualidad hay gran interés por la maquinaria incluso de mayor tamaño.

Como la atmósfera de alta presión actúa de forma isotrópica sobre las superficies de los componentes en la zona caliente, la fuerza mecánica ejercida es uniforme. Esto significa el tratamiento HIP no modifica la forma de las piezas sólidas. El gas ejerce la misma presión en los canales internos mientras sigan abiertos. Es posible tratar con HIP piezas elaboradas mediante fundición, moldeado por inyección de metal y AM, y se pueden utilizar polvos para conformar componentes sólidos (PM HIP o PM NNS, pulvimetalurgia de forma casi neta).

Las características del lote es un punto a tener en consideración. Nuestras simulaciones demuestran que la automatización de las tareas de carga, descarga y densificación no suponen un desafío para la implementación del prensado isostático en el proceso general. Además, la velocidad de apilado/bobinado limitan la velocidad del proceso antes de la densificación.

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