Přehled práškové nerezové oceli

Prášek z nerezové oceli je všestranný materiál s aplikacemi v mnoha průmyslových odvětvích. Tato příručka poskytuje komplexní přehled nerezového prášku, včetně výrobních metod, tříd, vlastností, aplikací a dalších.

Přehled práškové nerezové oceli

Nerezový prášek označuje částice nerezové oceli ve formě prášku. Vyrábí se atomizací nebo redukcí nerezové oceli na jemný prášek pro různé průmyslové účely.

Mezi klíčové vlastnosti a výhody nerezového prášku patří:

• Vysoká pevnost a odolnost
• Odolnost proti korozi a opotřebení
• Schopnost slinování do složitých tvarů
• Řada legujících prvků pro přizpůsobení vlastností
• Recyklovatelnost
• Nákladová efektivita

Nerezový prášek se používá v aplikacích, jako je 3D tisk, povrchové úpravy, pájení natvrdo, svařování, díly práškové metalurgie a další. Celosvětový trh s nerezovým práškem přesáhl v roce 2021 1 miliardu dolarů a předpokládá se, že v letech 2022 až 2030 poroste složeným ročním tempem růstu (CAGR) přes 8 %.

Typy Prášek z nerezové oceli

Existují různé třídy a typy nerezového prášku kategorizované podle mikrostruktury, legujících prvků, vlastností a zamýšlených aplikací.

Typ	Popis	Složení	Vlastnosti	Aplikace
Austenitické	Nemagnetický, vyšší odolnost proti korozi	Cr, Ni, Mo	Tažný, netvrditelný	Automobilový průmysl, architektura, chemikálie
Martenzitické	Magnetický, vyšší pevnost	Cr, nižší Ni	Tvrditelný, menší odolnost proti korozi	Příbory, chirurgické nástroje, ventily
Feritické	Magnetický, levnější	Cr, bez Ni	Méně tvárná, středně odolná proti korozi	Automobilový průmysl, spotřebiče, průmyslové využití
Duplexní	Rovnováha mezi pevností a odolností proti korozi	Cr, Ni, Mo, N	Dobrá svařitelnost, vyšší cena	Chemické zpracování, ropa a plyn, námořní průmysl, papírenství
Zpevnění srážkami	Tvrzená martenzitická třída	Cr, Ni, Cu, Al	Vysoká pevnost po tepelném zpracování	Letectví a kosmonautika, výroba energie

Výrobní proces pro prášek z nerezové oceli

Prášek z nerezové oceli lze vyrábět různými metodami. Mezi hlavní výrobní procesy patří:

Atomizace – Roztavené slitiny nerezové oceli se atomizují na jemné kapičky, které ztuhnou na částice prášku. Používají se metody vodní, plynové, plazmové nebo odstředivé atomizace. Tím se vyrábějí sférické, rafinované prášky ideální pro 3D tisk.

Elektrolýza – Předmět z nerezové oceli je zavěšen jako anoda v elektrolytickém článku. Kyslík generovaný na anodě reaguje s ocelí za vzniku prášku oxidů železa a chromu.

Frézování – Šrot z nerezové oceli se mechanicky mele na nepravidelný, hranatý prášek, který je vhodný pro lisování do kompaktů. Nižší cena, ale širší distribuce velikosti částic.

Redukce – Oxidy nerezové oceli se redukují pomocí vodíku nebo oxidu uhelnatého za vzniku jemného prášku z nerezové oceli.

Vstřikování kovů – Vstřikováním se tvaruje vsázka prášku z nerezové oceli a pojiva, poté se slinuje za účelem výroby složitých dílů s konečným tvarem.

Každá metoda má za následek prášky s různými velikostmi, tvary, čistotou a cenou. Výrobní proces je přizpůsoben na základě aplikace.

Třídy prášku z nerezové oceli

Komerčně jsou k dispozici různé standardní třídy prášku z nerezové oceli. Mezi běžné legující prvky patří chrom, nikl, molybden, mangan a dusík. Zde jsou některé z nejpoužívanějších tříd:

• 304/304L – Nejoblíbenější třída, vynikající odolnost proti korozi
• 316/316L – Přidaný molybden pro odolnost proti důlkové korozi/štěrbinové korozi
• 410 – Základní martenzitická třída, pro všeobecné použití
• 420 – Vyšší obsah uhlíku, používaný pro řezné nástroje
• 17-4PH – Martenzitická třída vytvrzování srážením, dobrá pevnost
• 15-5PH – Vytvrzování srážením, vyšší pevnost a tvrdost
• Vlastní třídy – Optimalizované složení pro slinování, 3D tisk atd.

Vlastnosti prášku z nerezové oceli

Mezi klíčové vlastnosti prášku z nerezové oceli patří:

Velikost částic – Obecně 5 až 150 mikronů. Užší distribuce zlepšuje slinování.

Morfologie – Tvar je sférický pro atomizaci, nepravidelný pro mletí. Ovlivňuje tok a hustotu balení.

Zdánlivá hustota – Typicky 40 až 50 % skutečné hustoty, což ukazuje na pórovitost mezi částicemi.

Tekutost – Důležité pro plnění zápustky. Zlepšeno sférickými částicemi a aditivy.

Stlačitelnost – Stupeň zhutnění při zhutnění. Kritické pro slinování.

Spékavost – Schopnost spojit se do husté hmoty při zahřátí. Ovlivněno čistotou, velikostí, tvarem.

Složení slitiny – Určuje vlastnosti jako pevnost, odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení atd.

Ovládáním charakteristik a složení prášku lze vlastnosti hotových slinutých dílů přizpůsobit dle potřeb aplikace.

Aplikace z Prášek z nerezové oceli

Mezi hlavní aplikace prášku z nerezové oceli patří:

3D tisk

Také známý jako aditivní výroba, 3D tisk staví díly vrstvu po vrstvě z prášku z nerezové oceli pomocí energie laseru nebo elektronového paprsku. Mezi výhody patří svoboda designu, snížený odpad, rychlé prototypování a hromadná customizace. Běžné metody zahrnují přímé laserové slinování kovů (DMLS), selektivní laserové tavení (SLM) a tavení elektronovým paprskem (EBM).

Prášková metalurgie

V práškové metalurgii se prášek z nerezové oceli zhutňuje a poté slinuje za účelem výroby vysoce výkonných dílů, jako jsou ozubená kola, filtry a automobilové součásti. Umožňuje hromadnou výrobu složitých tvarů za nízkou cenu s minimálním odpadem materiálu.

Povrchové nátěry

Povlaky z prášku z nerezové oceli se nanášejí pomocí tepelného nástřiku nebo laserového opláštění. Poskytuje odolnost proti opotřebení, ochranu proti korozi, tepelné bariéry a elektrickou vodivost povrchům součástí pracujících v náročných podmínkách.

Pájení a pájení

Pasta z prášku z nerezové oceli může být použita jako plnivo pro spojování součástí z nerezové oceli vyžadujících spoje z rozdílných materiálů nebo velké mezery ve spojích. Pájení poskytuje pevné spoje při vysokých teplotách.

Svařování

Speciální dráty s práškovým jádrem z nerezové oceli se používají pro svařování materiálů z nerezové oceli, což zlepšuje pevnost svaru a odolnost proti korozi ve srovnání s plným drátem. Práškové jádro poskytuje legující prvky.

Granulované aktivní uhlí

Prášek z nerezové oceli se přidává během výroby aktivního uhlí za účelem zvýšení mechanické pevnosti a odolnosti proti otěru pro aplikace úpravy vody.

Další specializované aplikace

Prášek z nerezové oceli se také používá při výrobě diamantových nástrojů, prekurzoru pro nanomateriály, elektromagnetického stínění, výrobě ocelových práškových jader a třecích materiálů.

Jak vybrat prášek z nerezové oceli

Výběr vhodného prášku z nerezové oceli závisí na faktorech, jako jsou:

• Zamýšlená aplikace – To určuje požadované vlastnosti prášku a třídu slitiny. Například prášek 316L pro odolnost proti korozi nebo martenzitická ocel pro pevnost.
• Výrobní proces – Atomizovaný, mletý nebo smíchaný prášek přizpůsobený pro AM, lisování, tepelný nástřik atd.
• Velikost a tvar částic – Sférický a jemný prášek kolem 20 mikronů pro AM versus nepravidelný větší prášek pro lisování.
• Úroveň čistoty – Vysoká čistota nad 99,5 % je nezbytná pro kritické aplikace, jako jsou lékařské implantáty.
• Zdánlivá hustota – Vyšší hustota nad 3 g/cm3 je žádoucí pro lepší tok a zhutnění.
• Náklady – Ceny se pohybují od 50 do 150 USD za kg na základě třídy, čistoty, charakteristik částic a objemu nákupu.

Přední světoví dodavatelé zahrnují Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies a CNPC Powder, kteří mohou poskytnout prášky optimalizované pro specifické požadavky. Nejlepší je úzce konzultovat s dodavateli během vývoje nového produktu.

Srovnání procesů výroby prášku z nerezové oceli

Proces	Morfologie částic	Velikost částic	Čistota	Náklady	Aplikace
Rozprašování plynu	Sférické	5 - 150 μm	Vysoký	Střední	Aditivní výroba, povrchová úprava
Rozprašování vody	Nepravidelné, kulovité	20 – 300 μm	Střední	Nízký	Lisované a slinuté díly, povlaky
Atomizace vzduchovou plazmou	Převážně sférické	10 - 150 μm	Střední	Střední	Vstřikování kovů, lisování
Odstředivá atomizace	Sférické	20 – 150 μm	Vysoký	Vysoký	Aditivní výroba
Mechanické frézování	Nepravidelné, hranaté	1 – 350 μm	Nízký	Nízký	Lisované a slinuté díly
Elektrolýza	Dendritický, nepravidelný	1 - 150 μm	Střední	Střední	Povrchová úprava, prášková metalurgie
Redukce kovů	Nepravidelné, porézní	10 - 150 μm	Nízký	Nízký	Lisované a slinuté díly

Instalace výrobního závodu na prášek z nerezové oceli

Instalace výrobního závodu na prášek z nerezové oceli vyžaduje pozornost k faktorům, jako jsou:

• Výběr místa – Dostatečný prostor pro zařízení, skladování surovin a produktů, inženýrské sítě, čištění odpadních vod. Snadný přístup pro dopravu.
• Komunální služby – Napájení elektrickou energií, procesní voda, stlačený vzduch, vedení inertního plynu.
• Nadace – Silný betonový základ pro atomizéry, mlýny a redukční pece. Podpěry tlumící vibrace.
• Stroje – Instalujte klíčové zařízení, jako jsou vysokoteplotní pece, boxy s rukavicemi, atomizéry, mlecí mlýny, cyklony, síta dle pokynů výrobce.
• Pomocné systémy – Manipulace s materiálem, sběr prachu, čištění plynů, zpracování odpadu, řízení a automatizace.
• Bezpečnost – Elektrické instalace odolné proti výbuchu, protipožární ochrana, dostatečné větrání, OOP pro manipulaci s kovovým práškem.
• Uvedení do provozu – Zkušební výrobní běhy pro ověření kvality prášku, výrobní rychlosti, bezpečné manipulace s materiálem, souladu s ochranou životního prostředí.
• Certifikace – Registrace systému kvality ISO 9001. Certifikace specifické pro dané odvětví od ASME, ASTM atd.

Správná instalace a uvedení do provozu zkušenými specialisty zajišťuje, že závod na výrobu prášku z nerezové oceli má bezpečný, optimalizovaný provoz a maximální výrobní kapacitu.

Provoz a údržba zařízení na prášek z nerezové oceli

Pro dosažení konzistentní kvality a produktivity prášku z nerezové oceli zahrnují hlavní pokyny pro provoz a údržbu:

• Dodržujte standardní provozní postupy pro spouštění, vypínání, plánování dávek, manipulaci s materiálem, bezpečnostní systémy a sledování životního prostředí.
• Sledujte klíčové procesní parametry, jako je teplota, tlak, průtok, spotřeba energie a udržujte je v optimalizovaných mezích.
• Odebírejte reprezentativní vzorky dávek prášku a testujte je na velikost, tvar, chemické složení, hustotu, tekutost dle standardů ASTM.
• Provádějte preventivní údržbu dle plánu pro pece, plynovody, atomizéry, cyklony, kladivové mlýny, síta atd.
• Kontrolujte rotující zařízení, jako jsou motory, ozubená kola, oběžná kola, na vibrace, hluk a promazávejte ložiska.
• Často kalibrujte přístroje, jako jsou manometry, odporové teploměry, průtokoměry, aby byla zajištěna přesnost.
• Kontrolujte žáruvzdorné materiály a topné články v pecích a opravujte/vyměňujte je dle potřeby, aby se zabránilo neplánovaným poruchám.
• Zajistěte, aby systémy odsávání prachu fungovaly efektivně, aby se minimalizovala nebezpečí výbuchu. Dodržujte postupy údržby.
• Pravidelně kontrolujte systémy bezpečnosti procesů, jako jsou nouzové zastavení, detekce požáru/plynu, větrání.

S vyškoleným personálem a pečlivými postupy údržby mohou zařízení na výrobu prášku z nerezové oceli fungovat roky bez větších problémů.

Jak vybrat dodavatele prášku z nerezové oceli

Při výběru dodavatele prášku z nerezové oceli je třeba zvážit klíčové faktory, mezi které patří:

• Specifikace prášku – Schopnost dodávat požadovanou jakost, velikost/tvar částic, úroveň čistoty, hustotu a charakteristiky toku.
• Certifikace kvality – Dodavatel by měl mít akreditaci ISO 9001, AS9100, Nadcap a podpůrnou dokumentaci kvality.
• Technické znalosti – Znalost metalurgie pro přizpůsobení prášku pro specifické aplikace a poskytování aplikační podpory.
• Výrobní kapacity – Používat moderní atomizační, mlecí a třídicí technologie pro konzistentní výrobu prášků.
• Zkušební kapacity – Plně vybavená laboratoř pro komplexní testování a charakterizaci prášků podle mezinárodních standardů.
• Kompetence v oblasti výzkumu a vývoje – Zapojení do výzkumu a vývoje nových produktů pro vznikající aplikace, jako je AM.
• Zákaznický servis – Včasná reakce na dotazy, objednávky a požadavky. Jasné podmínky týkající se cen, dodání, vrácení.
• Dodržování předpisů – Dokumentace jako SDS, certifikace shody pro environmentální předpisy.
• Logistická síť – Schopnost bezpečně přepravovat materiál v obalech vyhovujících přepravě nebezpečného zboží.

Mezi přední světové dodavatele prášku z nerezové oceli patří Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies a CNPC Powder.

Výhody a nevýhody Prášek z nerezové oceli

Klady	Nevýhody
Vynikající pevnost a odolnost proti korozi	Relativně vysoké náklady oproti uhlíkové oceli
Lze tvarovat do složitých tvarů pomocí slinování a AM	Nižší tepelná vodivost než u jiných kovů
Široká škála jakostí pro různé aplikace	Vyžaduje povrchovou úpravu pro zlepšení estetiky
Vysoce přizpůsobitelné vlastnosti s legováním	Obtížné obrábění v určitých kalených třídách
Snadná sanitace pro hygienu v potravinářství/medicíně	Může podléhat důlkové korozi v určitých prostředích
Dobré vysokoteplotní vlastnosti	Není tak elektricky/magneticky vodivý jako jiné kovy
100% recyklovatelný a šetrný k životnímu prostředí	Zvláštní manipulace vyžadována kvůli reaktivitě jemného prášku
Zavedené výrobní metody s vysokou dostupností	Omezený počet kvalifikovaných dodavatelů celosvětově

Prášek z nerezové oceli vs. Tuhé materiály z nerezové oceli

Parametr	Prášek z nerezové oceli	Tuhé materiály z nerezové oceli
Stát	Forma jemného prášku	Tuhá tyč, deska, trubkový materiál
Výrobní	Atomizace, elektrolýza, mletí	Lití, válcování, obrábění nerezových ingotů
Složení	Často zakázkové slitiny	Standardní třídy řady 300/400
Aplikace	Aditivní výroba, prášková metalurgie	Obecná výroba svařenců a hotových součástí
Vlastnosti	Jemná velikost zrna, bez pnutí	Hrubší zrna, možné pnutí
Zpracování	Slisování a slinování	Ohýbání, obrábění, svařování, tepelné zpracování
Náklady	$50-150 za kg	3–10 USD za kg pro komoditní třídy
Dostupnost	Omezený počet dodavatelů	Snadno dostupné celosvětově
Doba realizace	U zakázkových objednávek může být dlouhá	Kratší dodací lhůty pro standardní třídy

FAQ

Otázka: Jaké jsou nejběžnější třídy prášku z nerezové oceli?

Odpověď: 304, 304L a 316L jsou nejběžnější austenitické třídy, zatímco 410 a 17-4PH jsou široce používané martenzitické třídy. K dispozici jsou také zakázkové slitiny optimalizované pro AM nebo slinovací aplikace.

Otázka: Jaký je typický rozsah velikosti částic prášku z nerezové oceli?

Odpověď: Velikosti částic se mohou pohybovat od přibližně 1 mikrometru do více než 150 mikrometrů. Pro mnoho aplikací, jako je MIM, AM a lisování, je však běžná velikost 10–45 mikrometrů.

Otázka: Jak je ovlivněna odolnost proti korozi u dílů z práškové metalurgie z nerezové oceli?

Odpověď: Díly P/M mohou vykazovat o něco nižší odolnost proti korozi než tvářené formy kvůli zbytkové pórovitosti, pokud nejsou plně zhutněné. Správné slinování a dokončování minimalizuje tento efekt.

Otázka: Co způsobuje povrchovou oxidaci při manipulaci s práškem z nerezové oceli?

Odpověď: Jemný prášek z nerezové oceli může snadno oxidovat při vystavení vzduchu. Pro manipulaci se doporučuje použití vakua nebo atmosféry inertního plynu, aby se zabránilo oxidaci.

Otázka: Jak se srovnává obrobitelnost a obrobitelnost P/M nerezových ocelí s tvářenými formami?

Odpověď: P/M nerezová ocel je méně tvárná a obrobitelná než tvářené formy kvůli pórovitosti a vyšší tvrdosti. Zelené obrábění práškových kompaktů před slinováním zlepšuje povrchovou úpravu.

Otázka: Jaká je typická výrobní rychlost komerčních závodů na výrobu prášku z nerezové oceli?

Odpověď: Výrobní rychlost závisí na velikosti zařízení a procesu. Typické středně velké závody produkují 100–300 kg/hodinu prášku z nerezové oceli.

Otázka: Jaká bezpečnostní opatření jsou vyžadována při práci s práškem z nerezové oceli?

Odpověď: Zabraňte vdechování prachu použitím respirátorů. Zajistěte dostatečné větrání, uzemnění a osvětlení odolné proti jiskrám, aby se zabránilo výbuchům prachu. Použijte odsávání prachu a OOP.

Závěr

Prášek z nerezové oceli nabízí zřetelné výhody pevnosti, odolnosti proti korozi a flexibility výroby. S různými výrobními metodami, třídami slitin, charakteristikami částic a aplikacemi poskytuje prášek z nerezové oceli konstruktérům vylepšené možnosti pro vývoj inovativních součástí pomocí práškové metalurgie a aditivních technik. Výběrem vhodného prášku, výrobní metody a parametrů procesu může prášek z nerezové oceli poskytnout vynikající výkon v nejnáročnějších podmínkách napříč průmyslovými odvětvími.

znát více procesů 3D tisku