Rozprašované kovové prášky: aplikace, specifikace a srovnání

Atomizované kovové prášky umožňují výrobní metody, jako je aditivní výroba a tepelné stříkání, které vyžadují suroviny s přizpůsobenou velikostí částic, tvarem a metalurgickými vlastnostmi. Tento průvodce podává přehled výrobních procesů, specifikací, vhodných kovů, použití, výběru dodavatelů a alternativních řešení v oblasti komerčních atomizovaných prášků.

atomizované kovové prášky Přehled

Atomizace přeměňuje proudy roztaveného kovu na jemné sférické kapky, které se rychle ochlazují do formy prášku. Klíčové vlastnosti oproti alternativám, jako je chemické srážení, zahrnují:

• Řízená distribuce velikosti částic od 10 mikronů do více než 300 mikronů
• Schopnost zpracovávat reaktivní slitiny v atmosféře inertního plynu
• Rychlé tuhnutí, při kterém vznikají jemnější mikrostruktury
• Nižší obsah nečistot kyslíku a dusíku
• Nákladová efektivita z vysokých výtěžků prášku zaměřeného na 50%+
• Přizpůsobivost pro přípravu většiny komerčních kovů a slitin

Pochopení dostupných výrobních metod, specifikací, aplikací a ekonomiky umožňuje správně využít výhod a omezení atomizace při výběru kovových prášků.

Metody atomizace kovových prášků

Průmyslová měřítka vyžadují rozprašování pomocí plynu, vody nebo odstředivých procesů:

Tabulka 1. Komerční atomizační techniky pro výrobu kovových prášků vedle výstupních znaků

Každá z těchto technik poskytuje jedinečné výhody, pokud jde o velikost částic, výtěžnost prášku, rychlost ochlazování a kompatibilitu s expanzivními kovy.

Kovy a slitiny kompatibilní s atomizací

Atomizace životaschopně zpracovává většinu komerčních kovů a slitin včetně:

• Slitiny titanu obsahující hliník a vanad
• superslitiny, jako je Inconel na bázi niklu a slitiny Haynes na bázi kobaltu.
• Vysokoteplotní kovy, jako je molybden, wolfram a tantal.
• Reaktivní prvky, jako je chrom a mangan.
• Drahé kovy včetně zlata, stříbra a platiny
• Žáruvzdorné kovy: niob, zirkonium a hafnium
• Běžné austenitické nerezové oceli 316L a 304L

Silná chemická reaktivita v roztaveném stavu omezuje použitelnost pro některé elementární kovy, jako je čistý mangan nebo chrom. Směšování do slitin však zmírňuje nevýhody reaktivity díky kompatibilitě s atomizací, což je výhoda oproti jiným přístupům výroby prášku.

Charakteristika a vlastnosti Rozprašované kovové prášky

Výsledkem atomizace jsou kovové prášky s vlastnostmi na míru, které vyhovují potřebám výrobního procesu:

Distribuce velikosti částic

• Možnost nastavení velikosti od 10 mikronů do 1 mm, sítování na přesné frakce

Tvar částice

• Převážně sférické morfologie, zejména při atomizaci inertním plynem.

Vnitřní pórovitost

• Rychlé tuhnutí a inertní zpracování minimalizuje množství zachycených plynů, které vytvářejí dutiny.

Chemická čistota

• 99%+ dosažitelné pro materiály rozprašované inertním plynem. Rozprašování vodou o něco méně.

Povrchový oxid

• Vodní rozprašování zachycuje 5-15× více povrchové kontaminace kyslíkem než inertní rozprašovací ochrana.

Mikrostrukturní fáze

• Zaoblení rychlým kalením ve srovnání s odlévanými ingoty.

Schopnost optimalizovat parametry velikosti a tvaru částic při zachování vysoké chemické čistoty a příznivé mikrostruktury se hodí pro atomizované kovové prášky jako vstupní suroviny pro aditivní výrobu, kde tyto vlastnosti rozhodujícím způsobem ovlivňují úspěšnost procesu a výsledné vlastnosti realizovaných dílů.

Specifikace velikosti kovového prášku z atomizace

Dávky atomizovaného kovového prášku se klasifikují na základě distribuce velikosti částic. Mezi běžné velikosti sít patří:

Tabulka 2. Kategorie velikosti částic pro klasifikované rozprašované kovové prášky přizpůsobené kompatibilitě výrobních procesů

Většina patentovaných atomizačních systémů se zaměřuje na výtěžnost 50%+ prášku shromážděného v rámci výrobních specifikací po separaci nadrozměrných a poddimenzovaných frakcí, které se recyklují zpět do proudu taveniny.

Průmyslové specifikace pro atomizované kovové prášky

Různá sdružení udržují normy složení, chemických a fyzikálních vlastností pro komerční kovové prášky, včetně:

Tabulka 3. Obchodní skupiny nabízející specifikace použitelné pro prosévané chemikálie a práškové metriky užitečné pro zajištění kvality atomizovaných materiálů.

Kromě toho jednotliví výrobci poskytují úzce vymezené specifikace týkající se jedinečných slitin nebo speciálních vlastností, jako jsou maximální prahové hodnoty kyslíku nebo dusíku, které jsou kritické pro reaktivní zpracování slitin.

Přezkoumání rozsahu certifikace zajišťuje, že normy řádně pokrývají kupujícím předepsaná okna složení, přijatelné vlastnosti prášku, jako jsou průtoky v hale a úrovně chemické čistoty, které odpovídají jak možnostem atomizace, tak následným požadavkům výrobního procesu.

Aplikace a použití atomizovaného kovového prášku

Klíčové aplikace kovových prášků, které představují základní surovinu pro průmyslovou výrobu, zahrnují:

Aditivní výroba

• Letecké a kosmické komponenty - lopatky turbín, aerodynamické listy
• Lékařské implantáty - kyčelní, kolenní a zubní náhrady
• Nástroje - Lehké konformně chlazené vstřikovací formy na plasty
• Chemické reaktory - Strukturované nosiče katalyzátorů s vysokým povrchem

Tepelný nástřik

• Antikorozní nátěry pro těžbu ropy a plynu - vrtné nástroje
• Povrchy tiskových válců odolné proti oděru
• Náhradní chromované povrchy automobilů
• Formy na architektonické sklo s vysokým uvolňováním a nízkým třením

Prášková metalurgie

• Automobilové převodovky a součásti motoru
• Permanentní magnety v motorech a senzorech
• Diamantové břitové destičky a řezné nástroje
• Elektrické kontakty využívající specifickou vodivost

Základní suroviny slouží pro všechny aplikace vyžadující kombinovanou chemii a rafinovanou strukturu prášku schopnou konsolidace do geometrie pro konečné použití.

Výrobci a prodejci atomizovaného kovového prášku

Mezi přední světové dodavatele, kteří zajišťují atomizaci pro lékařské, letecké a průmyslové trhy, patří:

Tabulka 4. Významní výrobci, kteří nabízejí výrobu kovového prášku rozprašováním z různých procesních technologií

Prášky distribuují také sekundární zprostředkovatelé, ale osvědčené postupy umožňují nakupovat přímo od mlýnů, což zajišťuje sledovatelnost šarží a eliminuje zprostředkovatelská rizika kontaminace kvality materiálů mezi hlavními výrobci a výrobci koncových dílů.

Ceny pro Rozprašované kovové prášky

Ceny se liší podle složení, distribuce velikosti částic, objemu výroby a kvality:

Niche slitiny vyráběné v malých sériích vyžadují vyšší ceny, které kompenzují výměnu pece. Komoditní kovy, jako je nerezová ocel, zpracovávané ve velkých objemech, nabízejí nejnižší náklady. Kupující však ověřují spravedlivou relativní hodnotu porovnáním výsledného zvýšení výkonu s použitím v konečných součástech.

Výhody a nevýhody atomizovaného kovového prášku

Výhody rozprašovaných kovových prášků:

• Řízené rozdělení velikosti částic při komerčních výrobních rychlostech
• Sférická morfologie prášku z procesů v inertním plynu
• Rychlé tuhnutí a inertní zpracování zajišťují chemickou čistotu
• Přizpůsobení široké škále potřeb speciálních slitinových surovin

Omezení zvážit:

• 10-100násobné zvýšení nákladů na vstupní suroviny oproti formám tepaných výrobků
• Omezená flexibilita na vyžádání s potřebou dlouhých dodacích lhůt
• Pozor na to, aby se nepřeceňovaly vlastnosti prášku nebo náklady na balón

Správné zvážení přínosů a omezení pomáhá vyhnout se nadměrným výdajům jen proto, aby se použily technologie, které nepřinášejí zákazníkům žádnou znatelnou hodnotu.

Srovnání s jinými metodami výroby kovového prášku

Kompromisy mezi běžnými přístupy k výrobě kovových prášků:

Tabulka 5. Kvalitativní srovnání metod výroby kovového prášku v komerčním měřítku

Přestože se při atomizaci vyrábějí značné objemy s optimalizovanými vlastnostmi prášku, jsou za ni účtovány cenové přirážky, které by mohly omezit zavádění v odvětvích citlivých na náklady, jako je automobilový průmysl.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je hlavní účel atomizace kovových prášků?

A: Přesné řízení velikosti a tvaru částic, které jsou jinak u jiných technik náhodné, aby vyhovovaly přísným požadavkům aditivních výrobních procesů.

Otázka: Zachovávají si recyklované kovové prášky původní vlastnosti?

Odpověď: Ano, faktory jako zachycení kyslíku a mikrostrukturní fáze se z velké části nemění, což umožňuje opětovné použití jako doplněk k práškům z původní výroby.

Otázka: Lze plynovou atomizací dosáhnout velikosti prášku pod 10 mikronů?

Odpověď: Extrémně jemná distribuce pod 5 mikronů je možná, ale při velmi nízkých výtěžcích není ekonomická pro komerční použití v aditivní výrobě, protože plocha povrchu ovlivňuje reaktivitu.

Otázka: V jakých odvětvích se používají atomizované kovové díly?

Odpověď: Letecký, lékařský, automobilový a ropný/plynový průmysl využívají slitiny a mikrostruktury na míru, které vznikají díky jedinečnosti atomizačního procesu.

znát více procesů 3D tisku