Práškový materiál z kovové slitiny

Prášky z kovových slitin jsou směsi jemných částic kovových prvků, které po konsolidaci vytvářejí vysoce výkonné součásti využívající přizpůsobené mechanické, tepelné, elektrické a korozní vlastnosti, které nejsou k dispozici u jednotlivých kovů. Tato příručka podrobně popisuje složení, výrobní metody, vlastnosti, aplikace, specifikace a srovnání široce používaných práškových slitin niklu, hliníku, oceli a titanu.

Přehled o Prášky z kovových slitin

Legování kombinuje výhodné vlastnosti dvou nebo více kovů - pevnost jednoho, odolnost proti korozi druhého a vysokou teplotní stabilitu třetího kovu - do matrice na míru navržené pro cílové aplikace.

Předlegované kovové prášky vyráběné s vlastnostmi jako:

• Vysoká pevnost díky sraženinám
• Tepelná stabilita zachovávající si pevnost při vysokých teplotách
• Odolnost proti oxidaci a opotřebení pro dlouhou životnost
• Biologická inertnost pro bezpečnost zdravotnických prostředků
• Řízená velikost/tvar částic napomáhající pokročilé výrobě
• Konsolidované do čistých tvarových dílů s minimalizací obrábění

Technika práškové metalurgie usnadňuje velkosériovou výrobu malých přesných dílů pro různá průmyslová odvětví.

Typy složení kovových slitin v prášku

Mezi široce používané varianty práškových slitin patří:

Tabulka 1: Složení a vlastnosti prášků běžných kovových slitin

Slitina	Prvky	Vlastnosti s pákovým efektem	Aplikace
Slitiny niklu	Ni, Cr, Fe, Nb atd.	Odolnost proti korozi + teplu	Letecký a námořní hardware
Slitiny hliníku	Al, Cu, Mg, Si atd.	Pevnost při nízké hmotnosti	Automobilové díly, převodovky
Slitiny nástrojové oceli	Fe, Mo, Cr, V atd.	Zachování tvrdosti při vysokých teplotách	Vytlačovací formy, formy
Slitiny titanu	Ti, Al, V, Cu atd.	Pevnost + biokompatibilita	Chirurgické implantáty, letectví a kosmonautika
Žáruvzdorné slitiny	W, Mo, Ta, Nb atd.	Velmi vysoký bod tání	Vojenství, vesmír, jaderná energie

Přizpůsobené kombinace železa, hliníku a titanu s legujícími prvky, jako je chrom, nikl, měď atd., pomáhají upravit galvanickou kompatibilitu, magnetismus a vodivost pro cílové potřeby výrobku.

Klíčové metody výroby práškových slitin

Tabulka 2: Přehled hlavních výrobních cest práškových slitin v komerčním měřítku

Metoda	Proces	Charakteristika
Rozprašování plynu	Inertní plyn rozbíjí proud roztaveného kovu na jemné kapičky.	Sférické prášky s hladkým rozložením
Rozprašování vody	Vysokotlaký vodní paprsek rozkládá kovovou taveninu	Nepravidelná morfologie prášku
Plazmová atomizace	Plazmový oblouk roztaví vstupní surovinu na jemnější kapičky.	Velmi jemné, sférické prášky
Mechanické legování	Opakované svařování za studena a štěpení práškových surovin	Více slitin na míru
Elektrolýza	Řízené vrstevnaté usazeniny kovů z vodných roztoků	Porézní nepravidelné prášky

Plynová atomizace umožňuje nejlepší kontrolu nečistot vhodnou pro reaktivní chemické slitiny, jako je titan a hliník. Vodní atomizace nabízí vyšší výkony pro nákladově citlivé objemy ocelových slitin. Plazmová atomizace dosahuje velikosti pod 20 mikronů.

Charakteristika a vlastnosti

Tabulka 3: Typické vlastnosti komerčních prášků z kovových slitin

Vlastnictví	Charakteristika
Složení	Možnost legování na zakázku s >2 kovy
Velikost částic	Typické velikosti 15-150 mikronů
Tvar částic	Různé - kulovité, nepravidelné, dendritické
Hustota poklepání	Slitiny mají vyšší hustotu >3 g/cc, což napomáhá jejich zhutnění.
Průtoky	Účinky na roztíratelnost; >25 s/50 g napomáhá vrstvení
Zdánlivá hustota	Úzká distribuce zlepšuje konzistenci hustoty
Stlačitelnost	Slitiny mají vyšší hustotu za zelena a při spékání
Propustnost	Závisí na magnetickém stavu hotové slitiny
Tvrdost	Legování zvyšuje tvrdost oproti čistým kovům

Kromě chemické syntézy hraje morfologie prášku stejně důležitou roli při určování chování při konsolidaci a následně při úspěšném použití v technologiích tavení v práškovém loži, tryskání pojiva a vstřikování kovů, kde jsou zásadní volně tekoucí vlastnosti.

Aplikace a použití Prášky z kovových slitin

Klíčové kategorie výrobků využívajících práškové slitiny zahrnují díky rozšířené svobodě přizpůsobení, která je u tradičních předlitků nedostupná:

Tabulka 4: Hlavní oblasti použití práškových kovových slitin

Sektor	Aplikace
Aerospace	Lopatky turbíny, kování draku, převody
Automobilový průmysl	ojnice, hnací hřídele převodovky
Lékařský	Zubní korunky, implantáty, protetika
Námořní	Oběžné kolo čerpadla, vrtule, potrubí pro slanou vodu
Ropa a plyn	Hlubinné spojky, ventily, náhradní díly pro vrtné práce
3D tisk	Lehké mřížky, bionické tvary s vysokou tvrzenou pevností

Přizpůsobená rovnováha tvrdosti, odolnosti proti korozi a rozměrové přesnosti činí práškové slitiny atraktivními pro výrobu kritických rotačních součástí v obraně, vesmíru, biomedicíně a dopravních prostředcích.

Prášek z kovové slitiny Specifikace

Složení práškové slitiny odpovídá certifikovaným specifikacím a zajišťuje spolehlivý výkon.

Tabulka 5: Specifikace práškových slitin v průmyslovém, leteckém a obranném odvětví

Slitina	Běžné specifikace
Slitiny niklu	AMS 4777, 4779 atd.
Ocel	Vlastní směsi nástrojové oceli H a D
Hliník	AMS 4010, AMS 4000 atd.
Slitiny titanu	AMS 7001, 7004 atd.
Kobaltové slitiny	AMS 5887, ASTM B776 atd.

Tyto specifikace předepisují přijatelné zkušební metody, postupy odběru vzorků, rozsahy kritérií přijatelnosti a protokoly pro dokumentaci šarží prášku.

Jak ASTM International, tak jednotliví výrobci definují pro kritické aplikace související třídění podle velikosti, chemickou analýzu, charakteristiky částic a limity mechanických a fyzikálních vlastností po konsolidaci.

Globální dodavatelé a informace o cenách

Tabulka 6: Přední mezinárodní výrobci práškových slitin a cenová rozpětí:

Společnost	Třídy slitin	Cenové rozpětí za kg
Höganäs	Ocel, nikl	$5-15
Sandvik	Osprey	Titan, nikl, kobalt	$50-150
Tesař	Titan, kobalt, ocel	$40-100
Praxair	Nikl, ocel, kobalt	$15-60
Práškové kovy ATI	Titan, nikl, železo	$30-90

Ceny závisí na potřebě certifikace výrobků, nakupovaných objemech, specialitě složení a stupni pokročilosti atomizace při výrobě prášku a následném zpracování.

Srovnávací výhody a nevýhody

Tabulka 7: Výhody a nevýhody ve srovnání s litými nebo kovanými kovovými protějšky

Výhody	Nevýhody
Všestrannější	Další kroky potřebné ke konsolidaci
Vynikající rovnoměrnost	Nižší houževnatost bez HIP
Přizpůsobitelné komponenty	Maximální velikost je omezena
Snížení množství odpadu z tvarování sítě	Vyšší náklady v současné době
Pružnost tepelného zpracování	Problémy s povrchovou úpravou

U složitých nebo integrovaných konstrukcí z více materiálů vyráběných v menších objemech, jako jsou ortopedické kolenní klouby zahrnující polymery a kovové slitiny dohromady, nabízí připravenost na aditivní výrobu rychlejší a levnější cesty.

Často kladené otázky

Otázka: Jaká je výhoda použití předem legovaného prášku oproti samostatnému míchání práškových prvků?

Předběžné legování zajišťuje rovnoměrnost požadovaného chemického složení v celém procesu xyz, snižuje pravděpodobnost variability výkonu jednotlivých komponent v jednotlivých šaržích a zabraňuje odchylkám způsobeným nesprávnými poměry míchání.

Otázka: Jaké konsolidační procesy přeměňují práškové slitiny na pevné součásti?

Mezi hlavní metody patří spékání, vstřikování kovů, izostatické lisování za tepla a aditivní výrobní techniky, jako je laserová fúze v práškovém loži s následnou infiltrací. Výběr závisí na odvětví, velikosti výrobku, potřebách složitosti a ekonomice.

znát více procesů 3D tisku