Ames Lab desarrolla un atomizador a 3.400 °C para materiales de fusión

La nueva instalación de Ames Lab funde cada vez un pequeño volumen de metal dentro de una solera de cobre refrigerada por agua. Los investigadores desarrollan un atomizador de polvo de metales refractarios —un equipo que convierte la materia prima fundida en polvo— para materiales que deben soportar entornos extremos, incluidos los sistemas de energía de fusión y las turbinas de gas. Puede procesar materiales a hasta 3.400 °C y producir hasta un kilogramo por minuto.

La necesidad es tanto industrial como científica. Los metales en polvo permiten fabricar con precisión componentes complejos y aleaciones especializadas que los métodos tradicionales tienen dificultades para producir. Según el científico de Ames Lab Jordan Tiarks, los equipos que trabajan en nuevas aleaciones de alta temperatura se enfrentaban a esperas de más de un año para obtener suficiente polvo con el que probar sus ideas. El nuevo sistema está concebido para proporcionar las cantidades necesarias para el desarrollo, las pruebas y el escalado.

Su mecanismo central es un proceso de plasma de arco transferido. En lugar de depender de un electrodo fabricado especialmente, un plasma de alta energía funde localmente la materia prima antes de la atomización; la carga puede estar formada por barras o trozos, siempre que su composición sea homogénea. La capa exterior se congela contra el cobre refrigerado para formar una fina «skull» protectora que separa el material fundido de la solera. Mantener fundido solo un pequeño volumen en cada momento también limita el tiempo que el material permanece a alta temperatura, lo que, según Tiarks, ayuda a mantener la pureza y controlar la reactividad.

El sistema amplía la capacidad de Ames Lab para trabajar con metales refractarios, pero no es la opción más eficiente para todas las aleaciones. Los atomizadores existentes de inducción y de acoplamiento estrecho procesan aleaciones convencionales a temperaturas más bajas y pueden alcanzar un rendimiento del 50 %-60 % en el rango óptimo de tamaño de partícula. Para las aleaciones de alta temperatura, el atomizador de materiales refractarios suele alcanzar un 10 %-20 % en ese rango.

En la práctica, los investigadores que desarrollan materiales para la energía de fusión o aleaciones para turbinas más calientes podrían utilizar el equipo para fabricar suficiente polvo para realizar pruebas repetidas y escalar la producción, en lugar de esperar un año o más para recibir suministros. El cambio inmediato es el acceso a un material de investigación difícil de obtener: el anuncio describe una herramienta para acelerar el desarrollo de materiales y su adopción por parte de la industria, no una máquina de fusión ni un componente de turbina ya operativo.