plynová atomizace kovového prášku

Kovový prášek pro plynovou atomizaci označuje metodu zpracování materiálu pro výrobu jemných sférických kovových prášků pro aplikace, jako je vstřikování kovů (MIM), aditivní výroba, lisování a slinování, povlaky pro tepelné stříkání, prášková metalurgie a další.

Při plynové atomizaci se roztavené kovové slitiny rozpadají na kapičky pomocí vysokotlakých trysek inertního plynu. Kapičky rychle ztuhnou na prášek, čímž se dosáhne vysoce sférické morfologie, která je ideální pro procesy konsolidace prášku.

Tato příručka se zabývá složením kovových prášků pro plynovou atomizaci, charakteristikami, aplikacemi, specifikacemi, výrobními metodami, dodavateli, pro a proti a často kladenými dotazy.

Složení kovových prášků atomizovaných plynem

Různé kovy a slitiny s upraveným chemickým složením se atomizují na prášky:

Materiál	Přehled složení	Běžné slitiny
Nerezová ocel	Fe-Cr + Ni/Mn/Mo	304, 316, 410, 420
Nástrojová ocel	Fe-Cr-C + W/V/Mo slitiny	H13, M2, P20
Slitina hliníku	Al + Cu/Mg/Mn/Si	2024, 6061, 7075
Slitina titanu	Ti + Al/V slitiny	Ti-6Al-4V
Slitina niklu	Ni + Cr/Fe/Mo slitiny	Inconel 625, 718
Slitina mědi	Cu + Sn/Zn/slitiny	Mosaz, bronz

Tyto kovové prášky nabízejí specifické mechanické, tepelné, elektrické a další fyzikální vlastnosti pro výrobní potřeby.

Charakteristika plynová atomizace kovového prášku

Kromě chemického složení určují výkonnost i charakteristiky, jako je velikost částic, tvar, hustota a mikrostruktura:

Atribut	Popis	Úvahy
Distribuce velikosti částic	Rozsah/distribuce průměrů	Ovlivňuje minimální rozlišení prvků, účinnost balení
Morfologie částic	Tvar prášku/struktura povrchu	Zaoblené, hladké částice poskytují nejlepší tok a manipulaci
Zdánlivá hustota	Hmotnost na objem včetně mezipaticových dutin	Ovlivňuje slisovatelnost a shlukování
Hustota poklepání	Usazená hustota po mechanickém poklepávání	Souvisí se snadností zhutňování práškového lože
Chemie povrchu	Povrchové oxidy, zbytkové plyny nebo vlhkost	Ovlivňuje stabilitu a konzistenci prášku
Mikrostruktura	Velikost zrna/fázová distribuce	Určuje vlastnosti jako tvrdost, tažnost po konsolidaci

Tyto vzájemně propojené aspekty jsou vyváženy pro potřeby.

Aplikace kovového prášku atomizovaného plynem

Konzistentní vstup materiálu a schopnosti tvarování do konečného tvaru podporují různé aplikace:

Průmysl	Používá	Příklady součástí
Aditivní výroba	Surovina pro 3D tisk	Letecké profily, lékařské implantáty
Vstřikování kovů	Malé složité kovové díly	Trysky, ozubená kola, spojovací prvky
Lisování a spékání	Výroba P/M komponentů	Konstrukční autodíly, vojenské/zbraňové komponenty
Tepelný nástřik	Povrchové nátěry	Protioděrové, antikorozní povlaky
Prášková metalurgie	Oilite ložiska, samomazná pouzdra	Opotřebitelné součásti s porézními strukturami

Atomizace plynem poskytuje jedinečný přístup k úpravě mikrostruktur a chemických složení vhodných pro potřeby konečného výkonu.

Specifikace

I když jsou specifické pro danou aplikaci, běžné nominální rozsahy zahrnují:

Parametr	Typický rozsah	Zkušební metoda
Distribuce velikosti částic	10 - 250 μm	Laserová difrakce, síto
Tvar částic	>85 % sférické	Mikroskopie
Zdánlivá hustota	2 – 5 g/cm3	Hallův průtokoměr
Hustota poklepání	3 – 8 g/cm3	Klepání na volumetr
Zbytkové plyny	< 1000 ppm	Analýza inertního plynu
Obsah povrchových oxidů	< 1000 ppm	Analýza inertního plynu

Užší distribuční křivky zajišťují spolehlivý výkon v následných procesech.

Přehled výroby atomizací plynem

1. Indukční pec s vsázkou surovin, jako jsou kovové ingoty, odpadní šrot
2. Roztavení materiálu; vzorek chemického složení a teploty
3. Vytlačení proudu roztaveného kovu do trysky(trysek) atomizéru s těsným spojením
4. Tvarování hladkého proudu roztaveného kovu
5. Vysokorychlostní proudy inertního plynu (N2, Ar) rozkládají proud na kapičky
6. Kovové kapičky rychle tuhnou na prášek ~100-800 μm
7. Tepelné třídění hrubých frakcí pomocí cyklonových separátorů
8. Sběr jemných prášků v systému sběru a nádobách
9. Třídění sítem na frakce velikosti podle potřeby
10. Balení/skladování materiálu s inertní výplní

Přesná kontrola všech aspektů tohoto procesu je klíčem ke konzistenci.

plynová atomizace kovového prášku Dodavatelé

Mnoho předních světových výrobců materiálů nabízí výrobu atomizací plynem:

Dodavatel	Materiály	Popis
Sandvik	Nástrojové oceli, nerezové oceli, superslitiny	Široká škála slitin atomizovaných plynem
Tesařská technologie	Nástrojové oceli, nerezové oceli, speciální slitiny	K dispozici jsou vlastní slitiny
Höganäs	Nástrojové oceli, nerezové oceli	Světový lídr v atomizaci
Praxair	Slitiny titanu, superslitiny	Spolehlivý dodavatel přesných materiálů
Osprey Metals	Nerezová ocel, superslitiny	Zaměření na reaktivní a exotické slitiny

Objemové ceny závisí na tržních podmínkách, dodacích lhůtách, poplatcích za exotické materiály a dalších obchodních faktorech.

Kompromisy při zvažování kovového prášku atomizovaného plynem

Klady:

• Konzistentní sférická morfologie
• Úzké distribuce velikosti částic
• Známe a jednotné vstupní chemické složení
• Řízená, čistá mikrostruktura materiálu
• Ideální charakteristiky toku pro depozici AM
• Umožňuje tenké stěny/složitou geometrii

Nevýhody:

• Vyžaduje významnou počáteční kapitálovou infrastrukturu
• Omezená dostupnost slitin oproti vodní atomizaci
• Zvláštní manipulace, aby se zabránilo kontaminaci
• Náklady jsou vyšší než alternativní metody při výrobních objemech
• Nižší výtěžnost než alternativní procesy
• Omezená kapacita pro ultrajemné velikosti částic

Pro kritické aplikace poskytuje prášek atomizovaný plynem jedinečné výhody související s konzistencí a výkonem.

Často kladené otázky

Jaký je klíčový rozdíl mezi atomizací plynem a vodou?

Atomizace plynem se spoléhá pouze na proudy inertního plynu, které rozkládají roztavený kov na prášek, zatímco vodní atomizace používá vodní spreje interagující s proudy plynu, což vede k rychlejšímu ochlazování, ale nepravidelnějšímu prášku.

Jaké je nejužší dosažitelné rozdělení velikosti částic?

Specializované trysky, ladění a stupně klasifikace umožňují rozdělení velikosti částic až na D10: 20 μm, D50: 30 μm, D90: 44 μm pro atomizaci plynem. I užší rozsahy se nadále vyvíjejí.

Jak malé mohou být trysky pro atomizaci plynem?

Byly vyvinuty otvory trysek o velikosti až 0,5 mm pro výrobu dávek o objemu menším než 1 kg za hodinu. Klasifikace prášku volným pádem však zůstává náročná pod 20 μm.

Co ovlivňuje konzistenci mezi dávkami prášku?

Kontrola nad složením, čistotou, teplotními profily, tlaky plynu, atomizačními podmínkami a manipulací s práškem/skladováním přispívá k reprodukovatelnosti. Důležitá je přísná kontrola procesu.

Jaká je typická výtěžnost prášku vzhledem k počáteční hmotnosti?

U běžných slitin a rozsahů velikostí se procenta výtěžnosti obvykle pohybují v rozmezí 50–85 % v závislosti na požadované šířce distribuce a přijatelné frakci. Jemnější distribuce mají nižší výtěžnost.

znát více procesů 3D tisku