Systémy atomizace kovů

Obsah

Atomizace kovů je výrobní proces, při kterém se kov mění na prášek rozbitím roztaveného kovu na malé kapičky. Tento prášek pak lze použít k výrobě dílů metodami, jako je vstřikování kovů, izostatické lisování za tepla, aditivní výroba a další. Rozprašovací systémy kovů jsou zařízení používaná k provádění tohoto procesu.

Přehled systémů atomizace kovů

Systémy atomizace kovů se skládají z mechanismů, které roztaví kovovou surovinu, dopraví roztavený kov do atomizačního prostoru, rozbijí kov na jemné kapičky a shromáždí ztuhlý prášek. Mezi klíčové součásti patří pece, tundry, dodávací mechanismy, atomizátory, chladicí komory, cyklonové odlučovače, vakové filtry a systémy pro sběr prášku.

Existují dva hlavní typy rozprašovacích systémů:

  • Plynová atomizace - k rozbití proudu roztaveného kovu se používá vysokotlaký plyn.
  • Rozprašování vodou - k rozbití roztaveného kovu se používá voda pod vysokým tlakem.

Plynová atomizace produkuje v průměru jemnější prášky, zatímco vodní atomizace nabízí vyšší výrobní rychlost. Obě metody mohou dosáhnout poměrně vysokých výtěžků v závislosti na konstrukci a provozních parametrech.

systémy atomizace kovů Složení

KomponentPopis
PecTavení kovového materiálu do kapalného stavu indukcí, spalováním atd. Běžnými typy jsou indukční pece a elektrické obloukové pece.
TundishSlouží jako zásobník, ve kterém se udržuje roztavený kov po opuštění pece. Zajišťuje nepřetržitý tok kovu do dodávkového systému.
Systém dodávekPřenáší roztavený kov z misky do rozprašovače. Často se používá nalévací trychtýř, vyhřívaná pračka nebo tlaková tryska.
RozprašovačRozbíjí roztavený kov na kapky pomocí plynových nebo vodních trysek. Různá provedení a počet trysek.
Chladicí částUmožňuje ztuhnutí prášku po atomizaci před sběrem. Jako chladicí médium se používá vzduch nebo inertní plyn.
Oddělovací systémZachycuje jemné částice prášku a zároveň umožňuje recirkulaci chladicího média. Používá cyklony, sáčkové filtry.
Sbírka práškuSbírá rozprašovaný prášek k vyzvednutí. Často bubnové nebo krabicové kontejnery, boxy na rukavice nebo dopravníkové pásy vedoucí ke kontejnerům.
systémy atomizace kovů

systémy atomizace kovů Typy

Při komerční výrobě kovového prášku se používá několik běžných konstrukcí rozprašovačů:

Rozprašovače plynu

  • Nadzvukový rozprašovač plynu - trysky Laval urychlují inertní plyn až na sonickou rychlost.
  • Rozprašovač plynu s těsnou vazbou - více plynových trysek dopadajících na proud roztaveného kovu.
  • Atomizátor plynu s volným pádem - proud roztaveného kovu volně padá vysokou rychlostí inertního plynu.

Rozprašovače vody

  • Tlakový vodní rozprašovač - vysokotlaké vodní paprsky dopadají na proud roztaveného kovu.
  • Rotační vodní rozprašovač - proud roztaveného kovu se dotýká rotujících vodních trysek.
  • Ponorný vodní rozprašovač - vodní trysky umístěné pod povrchem proudu roztaveného kovu.

Vlastnosti kovového rozprašovače

AtributPopis
Typ plynuInertní plyny jako dusík, argon se používají k zabránění oxidace. Dusík je nejúspornější.
Tlak vodyTlak 30-150 MPa potřebný ke správné atomizaci kovů.
Počet trysekVětší počet trysek zvyšuje rozpad kovu, ale může snížit výtěžnost. Běžně se používá kolem 4-8.
Uspořádání trysekKulaté nebo obdélníkové tryskové vzory pokrývající kovový proud. Obdélníkový rovnoměrnější prášek.
Rychlost prouduDíky vyšším rychlostem inertního plynu jsou prášky jemnější. Optimální rychlost plynu se liší pro každý kov.
Výška páduVýška proudu roztaveného kovu padá před nárazem do trysek. Ovlivňuje distribuci velikosti částic.
Konstrukce tokuUpřednostňuje se hladké, laminární proudění kovu, aby se zabránilo brzkému rozstřiku na kapky.
Konstrukce trysekPřesně opracované trysky v plynových rozprašovačích mají zásadní význam pro výkon.
Rychlost chlazeníRychlejším chlazením vzniká jemnější prášek. Záleží na teplotě plynu/vody a komoře.
Účinnost separaceVyšší míra separace zvyšuje výtěžnost. Dobře fungují samočinné cyklony.
Způsob sběruUzavřené systémy zabraňují oxidaci prášku. Automatické bubnové dopravníky jsou běžné.

Charakteristika kovového prášku

Vlastnosti vyrobeného kovového prášku do značné míry závisí na parametrech a podmínkách procesu atomizace.

Vlastnosti prášku

AtributTypický rozsah
Tvar částicNepravidelné, sférické, satelitní struktury
Velikost částic1 mikron až 1000 mikronů
Distribuce velikosti částicGaussův, logaritmicko-normální společný
Zdánlivá hustotaObecně 30-80% skutečné hustoty
Hustota poklepáníPřibližně 60-95% skutečné hustoty
Průtoková rychlostVelmi se liší podle tvaru a rozdělení velikosti
Čistota93-99.5% cílový rozsah
Obsah kyslíkuRozsah 300-3000 ppm
Obsah dusíkuRozsah 75-1500 ppm

Vliv na vlastnosti dílu

Atribut práškuVliv na spékané/tiskované díly
Velikost částicJemnější prášky zvyšují hustotu, zmenšují póry
Rozložení velikostiŠirší rozložení zajišťuje lepší hustotu balení
Tvar částicSférické částice mají lepší průtok a balení
Zdánlivá hustotaVyšší hustota zvyšuje pevnost zelené barvy při manipulaci
Hustota poklepáníVyšší hustota způsobuje, že po spékání vzniká méně smršťovacích dutin.
ČistotaVyšší čistota snižuje výskyt vad, jako jsou inkluze.
Obsah kyslíkuHodnoty nad 3000 ppm mohou způsobit problémy s pórovitostí.

systémy atomizace kovů Aplikace

Jemné kovové prášky vyráběné atomizací se používají v mnoha průmyslových odvětvích k výrobě vysoce výkonných dílů.

PrůmyslPříklady použití
Automobilový průmyslSoučásti motoru, převodovky, spojovací materiál
AerospaceLopatky turbíny, součásti aerodynamického krytu
BiomedicínaOrtopedické implantáty, chirurgické nástroje
ElektronikaStínění, konektory, kontakty
EnergieJaderné a turbínové díly vystavené extrémním podmínkám
Aditivní výroba3D tištěné finální díly ve všech průmyslových odvětvích

Oblíbené systémy atomizace kovů

Mnoho slitin se pro výrobu dílů rozprašuje do práškové formy. Zde jsou uvedeny některé běžné kovy a slitiny, které se atomizují:

MateriálKlíčové vlastnosti
Slitiny titanuVysoká pevnost při nízké hmotnosti. Biokompatibilita.
Slitiny nikluZachovává si vlastnosti při vysokých teplotách. Odolnost proti korozi.
Kobaltové slitinyBiokompatibilita. Odolnost proti opotřebení.
Nástrojové oceliVysoká úroveň tvrdosti po tepelném zpracování.
Nerezové oceliVynikající odolnost proti korozi.
Slitiny hliníkuNízká hmotnost. Dobrá tepelná vodivost.
Slitiny mědiVysoká tepelná a elektrická vodivost.
Magnetické slitinyVysoká permeabilita pro magnetické aplikace.

Dodavatelé kovových prášků a ceny

Existuje řada renomovaných dodavatelů, kteří vyrábějí a distribuují kovové prášky po celém světě. Ceny závisí na slitině, velikosti částic a objednaném množství.

DodavatelCenová rozpětí
AP&C$50 - $1500 za kg
Sandvik Osprey$100 - $2000 za kg
Tesařské práškové výrobky$75 - $1800 za kg
Technologie povrchů Praxair$250 - $2500 za kg
Höganäs$45 - $1600 za kg
Granule ECKA$80 - $1200 za kg

Slitiny s vyšším výkonem nebo jemnější kontrolou distribuce velikosti prášku vyžadují vyšší ceny, zatímco běžnější kovy a slitiny jsou při výrobních objemech ekonomičtější.

Atomizace kovů vs. jiné metody

MetodaVýhodyOmezení
Rozprašování kovů- Jemnější prášky
- Vyšší čistota
- Rozsah slitin
- Vysoké kapitálové náklady
- Vyžaduje značné odborné znalosti v oblasti zpracování
Elektrolytický proces- Velmi jemné a čisté prášky- Omezeno na vodivé slitiny
- Drahé
Mechanický úbytek- Jednoduché a levné
- Široká škála kovů
- Nižší dosažitelná jemnost
- Vyšší oxidace
Chemické srážení- Čisté elementární a legované prášky- Problémy s aglomerací prášku
- Potenciální kontaminace
Tepelné stříkání- Může vyrábět sférický prášek- Oxidové inkluze - široké rozdělení velikostí

Atomizace nabízí přiměřeně jemné a čisté prášky pro širokou škálu slitin při dobrých výrobních objemech. Při manipulaci s jemnými kovovými prášky je nutné dodržovat bezpečnostní opatření.

Klíčová hlediska pro výběr

Mezi důležité faktory, kterými se řídí výběr systému pro atomizaci kovů, patří:

FaktorPopis
Rychlost výrobyPožadovaný výkon prášku v kg/hod. Definuje kapacitu.
Cílová velikost částicPotřebuje definovanou jemnost, distribuci. Ovlivňuje výnos, náklady.
Složení slitinyVětšina systémů zvládá řadu slitin. Může ovlivnit výběr metody tavení, rozprašovače, tlaku plynu a vody.
Kvalita výrobkuParametry určují úrovně čistoty, limity pro odběr kyslíku a požadavky na konzistenci velikosti.
Úvahy o manipulaciUpřednostňuje se uzavřená manipulace s práškem. Některé kovy představují zdravotní rizika.
Konečné použití práškuPožadavky na vlastnosti dílů - hustota/pórovitost, tekutost, tvarové faktory.
Provozní nákladyKomunální vstupy pro tavení, plyny, vodu. Mzdové náklady, náklady na údržbu.
BezpečnostTlakové nádoby na kapaliny/plyny vyžadují dodržování zvláštních předpisů.
Dopad na životní prostředíEmise plynů, spotřeba vody/odstraňování odpadů.

Je nutné pečlivě stanovit požadavky na propustnost, ukazatele kvality, provozní podmínky, bezpečnostní parametry a náklady na základě požadavků na koncové díly.

systémy atomizace kovů Údržba

Aby rozprašovací zařízení fungovalo optimálně, je nutná správná údržba.

KomponentČinnosti údržbyFrekvence
PecZkontrolujte žáruvzdorné a topné prvky. V případě potřeby je vyměňte.6-12 měsíců
TryskyZkontrolujte opotřebení/ucpání trysek.Měsíční
Vodní filtry a vedeníPravidelně proplachujte potrubí a vyměňujte filtry.2-4 týdny
Plynová vedení a ventilyZkontrolujte, zda nedochází k únikům a ucpání. Zkontrolujte tlak.2-4 týdny
OddělovačeZkontrolujte stav filtračního média a těsnění.4-6 měsíců
Ovládací prvky a senzoryZkontrolujte kalibraci. Otestujte blokování a reakce.6-12 měsíců
Sběrač práškuZkontrolujte stav nádoby a těsnění. U uzavřených systémů ověřte hladinu inertního plynu.Měsíční
Interiéry systémuČistý nahromaděný kovový prach v celé ploše. Častěji blíže k cestám kovových proudů.Měsíční

Podrobné monitorování zařízení, preventivní a prediktivní údržba minimalizuje neočekávané výpadky ve výrobě.

systémy atomizace kovů

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaká je vhodná úroveň automatizace a řízení pro systémy rozprašování kovů?

Odpověď: Pro konzistentní výrobu prášku a bezpečnost se doporučuje vysoký stupeň automatizace při podávání materiálu, monitorování a řízení procesu. Klíčové proměnné procesu, jako jsou teploty, tlaky a průtoky plynů, by měly mít automatickou zpětnou vazbu. Dohled nad systémem, ladění parametrů a manuální provozní režim je stále rozumný.

Otázka: Jak zjistit, zda je pro aplikaci vhodnější plynová nebo vodní atomizace?

Odpověď: Vodní atomizace nabízí ve srovnání s plynovou atomizací mnohem vyšší průchodnost kovů. Plynová atomizace však může dosáhnout jemnější průměrné velikosti prášku vhodné pro mikrostrukturované díly. Pro typické MIM prášky o velikosti nad 15 mikronů se z důvodu hospodárnosti dává přednost vodní atomizaci.

Otázka: Jaká bezpečnostní opatření se doporučují pro provoz rozprašovacích systémů?

Odpověď: Pro manipulaci s vysokotlakými systémy a jemnými prášky je nutné používat vhodné ochranné prostředky. Vodní rozprašovací systémy by měly být vybaveny ochrannými kryty proti rozstřiku. Uzavřená manipulace s práškem pomocí boxů s rukavicemi s inertním plynem, automatických sběračů prášku zvyšuje bezpečnost. Zásadní jsou výluky, omezení přístupu, nouzové zastavení.

Otázka: Co způsobuje běžné problémy při výrobě prášku při atomizaci?

Odpověď: Nepravidelné velikosti prášku a satelitní částice často vznikají v důsledku nekontrolovaného proudění kovů. Kontaminace může být způsobena opotřebením trysky, znehodnoceným filtračním médiem nebo netěsnostmi. Znečištění komor a separátorů v důsledku přetečení snižuje časem výtěžnost. Klíčové je sledování a optimalizace parametrů toku.

Otázka: Jaké odborné znalosti jsou zapotřebí k efektivní obsluze atomizačních systémů?

Odpověď: Automatizace řízení snižuje manuální zátěž, ale pro dohled nad zařízením jsou ideální vyškolení metalurgové nebo materiáloví inženýři, kteří jsou obeznámeni s výrobou prášků. Pro údržbu a řešení problémů jsou zapotřebí strojní a elektroinženýři. Obsluha by měla absolvovat řádné školení o manipulaci s kovovými prášky.

znát více procesů 3D tisku

Sdílet na

Facebook
Cvrlikání
LinkedIn
WhatsApp
E-mailem

MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.

Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!

Související články

Získejte Metal3DP
Produktová brožura

Získejte nejnovější produkty a ceník