Jak funguje proces atomizace plynu

Přehled

Plynová atomizace je metoda výroby kovového prášku, která využívá vysokorychlostní proudy inertního plynu k rozpadu proudu roztaveného kovu na jemné sférické částice prášku. Na adrese proces rozprašování plynu dosahuje vynikající kontroly nad distribucí velikosti částic prášku, morfologií, čistotou a mikrostrukturou.

Mezi klíčové vlastnosti plynem atomizovaného prášku patří kulovitý tvar částic, vysoká čistota, jemnost až do 10 mikrometrů a rovnoměrné složení. Plynová atomizace usnadňuje pokročilé výrobní techniky založené na prášcích, jako je vstřikování kovů, aditivní výroba a lisování a spékání práškové metalurgie.

Tato příručka poskytuje ucelený přehled o procesu plynové atomizace a prášku. Zahrnuje metody atomizace, tvorbu částic, parametry procesu, zařízení, použitelné slitiny, vlastnosti prášku, specifikace výrobků, aplikace a dodavatele. Součástí jsou užitečné srovnávací tabulky, které shrnují technické podrobnosti.

Jak se Proces atomizace plynu funguje

Plynová atomizace přeměňuje roztavenou slitinu na prášek pomocí následujících základních kroků:

Fáze procesu atomizace plynu

• Tání - Slitina se roztaví v indukční peci a přehřeje se nad teplotu kapaliny.
• Nalévání - Proud roztaveného kovu vlévaný do atomizační komory
• Atomizace - Vysokorychlostní proudy inertního plynu rozkládají kov na jemné kapičky.
• Tuhnutí - Kovové kapky při pádu komorou rychle tuhnou na částice prášku.
• Sbírka - Práškové částice shromážděné v cyklonovém odlučovači na dně věže

Klíčový jev nastává, když kinetická energie proudů plynu překoná povrchové napětí kovu a střihne proud kapaliny na kapičky. Tyto kapičky zmrznou na práškové částice s kulovitou morfologií.

Pečlivá kontrola procesu umožňuje přizpůsobit velikost částic prášku, jeho čistotu a mikrostrukturu.

Metody atomizace plynu

V průmyslu se používají dvě základní metody rozprašování plynu:

Metody atomizace plynu

Konstrukce s těsnou vazbou recyklují rozprašovací plyn, ale hrozí riziko oxidace taveniny. Volný pád nabízí čistší atmosféru s menším rizikem reakce trysky.

Další varianty zahrnují trysky s více plyny, ultrazvukovou atomizaci, odstředivou atomizaci a koaxiální trysky pro specializované aplikace.

Konstrukce trysek pro rozprašování plynu

Různé konstrukce trysek vytvářejí vysokorychlostní proudy plynu potřebné pro rozprašování:

Typy plynových atomizačních trysek

Trysky De Laval využívají urychlení plynu na nadzvukové rychlosti, ale mají složitou geometrii. Sonické trysky se zjednodušeným tvarem nabízejí větší flexibilitu.

Menších kapiček a přísně kontrolované distribuce velikosti se dosáhne použitím více mikrotrysek nebo štěrbinových konfigurací.

Tvorba a tuhnutí prášku

Stříhání roztaveného kovu na kapky a následné tuhnutí probíhá odlišnými mechanismy:

Fáze tvorby prášku

• Rozchod - Nestabilita Rayleighova proudu způsobuje perturbace a tvorbu kapek
• Zkreslení - Kapky se vlivem sil odporu vzduchu prodlužují do vazů.
• Ruptura - Rozpad vaziva na kapičky blízké konečné velikosti
• Tuhnutí - Rychlé ochlazení kontaktem s plynem a zářením vytváří pevné částice.
• Zpomalení - Ztráta rychlosti při pohybu částic rozprašovací komorou dolů

Konečnou velikost a morfologii částic určují kombinované účinky povrchového napětí, turbulence a odporu vzduchu. Maximální rychlosti ochlazování částic nad 1 000 000 °C/s uhasí metastabilní fáze.

Parametry procesu

Mezi klíčové parametry procesu atomizace plynem patří:

Proces atomizace plynu Parametry

Vyvážení těchto parametrů umožňuje řídit velikost částic prášku, jeho tvar, rychlost výroby a další charakteristiky.

Systémy slitin pro atomizaci plynu

Plynová atomizace dokáže zpracovat téměř jakoukoli slitinu do práškové formy včetně:

Slitiny vhodné pro atomizaci plynem

• Slitiny titanu
• Niklové superslitiny
• Kobaltové superslitiny
• Nerezové oceli
• Nástrojové oceli
• Nízkolegované oceli
• Slitiny na bázi železa a niklu
• Drahé kovy
• Intermetalika

Plynová atomizace vyžaduje teplotu tání pod bodem rozkladu atomizujícího plynu. Mezi typické plyny patří argon, dusík a helium.

Žáruvzdorné slitiny s velmi vysokým bodem tání, jako je wolfram, je náročné atomizovat a často vyžadují specializované zpracování.

Většina slitin vyžaduje přehřátí taveniny vysoko nad teplotu liquidu, aby se zachovala dostatečná tekutost pro rozprašování do jemně rozptýlených kapiček.

Charakteristika prášku rozprašovaného plynem

Typické vlastnosti prášku rozprašovaného plynem:

Charakteristika prášku rozprašovaného plynem

Kulovitý tvar a nastavitelná distribuce velikosti usnadňují použití v procesech sekundární konsolidace prášku. Přísná kontrola kyslíku a chemického složení umožňuje výrobu vysoce výkonných slitin.

Specifikace pro prášky rozprašované plynem

Mezinárodní standardní specifikace pomáhají definovat:

• Distribuce velikosti částic
• Rozsahy zdánlivé hustoty
• Průtoky v hale
• Přijatelné hladiny kyslíku a dusíku
• Přípustná mikrostruktura a pórovitost
• Limity chemického složení
• Postupy odběru vzorků

To podporuje kontrolu kvality a reprodukovatelné chování prášku.

Specifikace pro prášky rozprašované plynem

Specifikace jsou přizpůsobeny kritickým požadavkům aplikací v letectví, automobilovém průmyslu, zdravotnictví a dalších průmyslových odvětvích zaměřených na kvalitu.

Aplikace prášku rozprašovaného plynem

Plynové rozprašované prášky umožňují výrobu vysoce výkonných součástí prostřednictvím:

• Vstřikování kovů (MIM)
• Aditivní výroba (AM)
• Izostatické lisování za tepla (HIP)
• Práškové kování
• Tepelný a studený nástřik
• Lisování a spékání práškové metalurgie

Výhody oproti kovaným materiálům:

• Složité geometrie s jemnými prvky
• Vynikající mechanické vlastnosti
• Konsolidace s téměř plnou hustotou
• Nové a přizpůsobené slitiny
• Rozsah možností materiálů

Plynová atomizace vyniká při výrobě sférických, tekoucích prášků, které jsou optimální pro automatizované zpracování složitých součástí s vysokými standardy kvality v různých průmyslových odvětvích.

Globální dodavatelé prášků rozprašovaných plynem

Mezi významné světové dodavatele prášků rozprašovaných plynem patří:

Výrobci prášku rozprašovaného plynem

Menší regionální dodavatelé nabízejí také prášky rozprašované plynem, často pro specifické slitiny nebo aplikace.

Mnoho poskytovatelů rovněž provádí prosévání, míchání, nanášení povlaků a další operace následného zpracování prášku.

Výhody vs. omezení atomizace plynu

Atomizace plynu - výhody a nevýhody

Sférický tvar a jemné rozměry prášku rozprašovaného plynem poskytují výrazné výhody, ale jsou spojeny s vyššími provozními náklady oproti jednodušším procesům mechanického rozmělňování.

Výběr prášku rozprašovaného plynem

Klíčové aspekty při výběru prášku rozprašovaného plynem:

• Požadované chemické složení a složení slitiny
• Cílová distribuce velikosti částic
• Vhodné rozsahy zdánlivé a odbočkové hustoty
• Limity kyslíku a dusíku podle aplikace
• Průtokové charakteristiky pro automatizovanou manipulaci s prášky
• Postupy výběru vzorků k zajištění reprezentativnosti
• Technické znalosti prodejce a zákaznický servis
• Úvahy o celkových nákladech

Testování prototypových konstrukcí pomáhá kvalifikovat nové slitiny a prášky rozprašované plynem pro danou aplikaci. Úzká spolupráce s výrobcem prášku umožňuje optimalizaci.

FAQ

Jaká je nejmenší velikost částic, které lze vytvořit rozprašováním plynu?

Specializované trysky mohou produkovat prášek o velikosti jednociferných mikronů až 1-5 mikronů. Ultrajemný prášek má však velmi nízkou zdánlivou hustotu a vykazuje silné Van der Waalsovy síly mezi částicemi, což vyžaduje opatrné zacházení.

Co je příčinou vzniku satelitů prášku při rozprašování plynu?

Satelity vznikají, když jsou kapky příliš velké nebo se srazí a částečně se spojí před úplným ztuhnutím. Vyšší přehřátí, nižší rychlost lití a větší oddělovací vzdálenost přispívají ke snížení počtu satelitů.

Proč je pro atomizaci plynu zapotřebí inertní plyn vysoké čistoty?

Vysokorychlostní proudy plynu mohou časem erodovat kov z trysky a kontaminovat prášek. Reaktivní plyny, jako je dusík a kyslík, rovněž negativně ovlivňují čistotu prášku a výkon slitiny.

Jak se rozprašování plynu liší od rozprašování vody?

Vodní atomizace vytváří nepravidelnější prášek o větší velikosti, obvykle 50-150 mikronů. Plynová atomizace umožňuje jemnější velikosti do 10 mikronů s kulovitou morfologií, která je preferována pro lisovací a spékací aplikace.

Co je odstředivá atomizace?

Při odstředivé atomizaci se roztavený kov nalije do rotujícího disku, který vyvrhuje jemné kapičky roztaveného kovu, jež tuhnou v prášek. Tato metoda nabízí vyšší výrobní rychlost než plynová atomizace, ale omezenou kontrolu velikosti a tvaru prášku.

Lze během plynové atomizace rychle přepínat slitiny?

Ano, pomocí specializovaného zařízení lze rychle měnit proud taveniny a vyrábět kompozitní a legované prášky. Křížová kontaminace mezi slitinami by však měla být minimalizována proplachováním komory.

Závěr

Proces plynové atomizace produkuje sférické, tekoucí kovové prášky s přísně kontrolovanou distribucí velikosti částic, čistotou a mikrostrukturními vlastnostmi, které jsou optimální pro pokročilé procesy konsolidace prášků v kritických aplikacích. Pečlivá manipulace s parametry procesu a specializované konstrukce trysek umožňují rozsáhlou kontrolu nad konečnými vlastnostmi prášku. Díky pokračujícímu vývoji poskytuje plynová atomizace inženýrům větší možnosti výroby vysoce výkonných součástí novými kreativními způsoby.

znát více procesů 3D tisku