Atomizace kovového prášku

Atomizace kovového prášku je kritická technologie pro výrobu jemných kovových prášků se specializovanými vlastnostmi. Tato příručka pokrývá základy, metody, aplikace a komerční prostředí atomizace kovového prášku.

Co je atomizace kovového prášku?

Atomizace kovového prášku se vztahuje k průmyslovým procesům, které mění roztavené kovové slitiny na jemné kapičky kapaliny, které se rychle ztuhnou na částice prášku.

Zahrnuje:

• Tavení kovů do kapalného stavu
• Generování proudu roztaveného kovu
• Rozdělení kovu na diskrétní kapičky
• Ztuhnutí kapiček na prášek
• Sběr a prosévání prášku

Atomizace se používá k výrobě kovových prášků s jedineč

Klíčové výhody atomizace

• Vlastní složení slitin
• Řízené velikosti částic
• Tvary sférického prášku
• Bezvadná prášková metalurgie
• Nové mikrostruktury
• Vlastní vlastnosti prášku

Mezi běžné materiály vyráběné atomizací patří různé slitinové systémy:

• Nerezové oceli
• Nástrojové oceli
• Kobaltové slitiny
• Slitiny niklu
• Slitiny titanu
• Slitiny wolframu
• Drahé kovy

Metody atomizace kovového prášku

Existuje 5 hlavních komerčních atomizačních technik:

Atomizace plynu

• Používá trysky se stlačeným inertním plynem
• Běžné plyny: dusík, argon, helium
• Vyrábí sférické, hladké prášky

Atomizace vody

• Používá vysokotlaké vodní trysky
• Nižší rychlosti chlazení než plyn
• Nepravidelné tvary prášku

Odstředivá atomizace

• Roztavený kov nalitý na rotující disk
• Ekonomická výroba prášku
• Střední rychlosti chlazení

Ultrazvuková atomizace

• Používá ultrazvukové vibrace
• Specializovaná laboratorní metoda
• Výroba nanočástic

Indukční tavení elektrod

• Odpařování elektrod v inertním plynu
• Omezené specializované aplikace
• Nižší produktivita

Porovnání metod atomizace

Metoda	Tvar částice	Rozsah velikostí	Produktivita	Náklady
Atomizace plynu	Sférické	10-150 μm	Vysoký	Vysoký
Atomizace vody	Nepravidelné	20-400 μm	Velmi vysoká	Nízký
Odstředivá atomizace	Polosférické	20-250 μm	Střední	Střední
Ultrazvuková atomizace	Sférické	1-100 nm	Velmi nízká	Vysoký
Indukční tavení elektrod	Smíšené	10-100 μm	Nízký	Střední

Atomizace kovového prášku Proces

Komerční atomizace kovového prášku zahrnuje řadu přísně kontrolovaných kroků v inertní atmosféře:

1. Výběr suroviny

• Čisté kovy nebo mateřské slitiny

2. Tavení

• Vakuové indukční tavení až do 2000 °C
• Přesné vstupy chemie slitiny

3. Atomizace

• Nalévání roztaveného kovu do atomizační zóny
• Rozbití proudu kovu na kapičky
• Kalení a ztuhnutí kapiček

4. Sběr prášku

• Usazovací komora pro sběr prášku
• Cyklónové separátory

5. Prosévání

• Třídění prášku do frakcí podle velikosti
• Další žíhání, pokud je potřeba

6. Kontrola kvality

• Odběr vzorků a testování podle norem
• Balení a expedice

Výrobní prostředí nesmí mít kontaminaci kyslíkem nebo vlhkostí. Provozní parametry, jako jsou teplotní profily, tlaky plynu a dynamika proudění, jsou pečlivě sledovány.

Aplikace atomizace kovového prášku

Mezi některé hlavní aplikace využívající atomizovaný kovový prášek patří:

Aditivní výroba

• Selektivní laserové tavení
• Tryskání pojiva
• Tavení elektronovým paprskem

Vstřikování kovů

Tepelné nástřiky

Izostatické lisování za tepla

Pájené materiály

Katalyzátory

Prášková metalurgie

• Lisovací a slinovací nástroje
• Vysoce výkonné díly
• Porézní struktury
• Měkké magnetické kompozity

Atomizovaný prášek umožňuje vznikající technologie, jako je aditivní výroba napříč průmyslovými odvětvími:

Průmysl	Aplikace	Výhody
Aerospace	Lopatky turbín, oběžná kola, součásti draku letadla	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
Automobilový průmysl	Ozubená kola, ojnice, části podvozku	Zvýšená účinnost
Lékařský	Náhrady kloubů, implantáty, přesné nástroje	Biokompatibilita
Elektronika	Stínění, kontakty, senzory	Zvýšený výkon
Ropa a plyn	Důlní nářadí, ventily	Odolnost proti opotřebení a korozi

Materiály pro atomizaci kovového prášku

Atomizací se zpracovává mnoho slitinových systémů a typů materiálů:

Nerezové oceli

• Austenitické třídy jako 304, 316, 317
• Feritické a martenzitické třídy
• K dispozici jsou vlastní složení

Nástrojové oceli

• Třídy H13, P20, D2, M2
• Vysoká odolnost proti opotřebení
• Vysoká tvrdost po tepelném zpracování

Kobaltové slitiny

• Biomedicínské slitiny CoCrMo
• Slitiny StelliteTM odolné proti opotřebení

Slitiny niklu

• Slitiny odolné proti korozi jako Inconel 625
• Žáruvzdorné superslitiny

Titanové slitiny

• Titan Ti6Al4V třídy 5
• Komerčně čistý titan

Žáruvzdorné kovy

• Niob, molybden, wolfram
• Velmi vysoké body tání

Atomizace kovového prášku: Specifikace

Kritické specifikace pro atomizované kovové prášky zahrnují:

Distribuce velikosti částic

• Obvykle 10 až 150 mikronů
• Způsob použití diktuje ideální velikost
• Prosévání klasifikuje požadované frakce

Tvar částice

• Sférické, hladké morfologie
• Kompakce nárazem, tekutost

Chemie

• Přesně smíšená složení
• Vlastní slitiny navržené pro vlastnosti

Hustota

• Až 98 % teoretické hustoty
• Modelování optimalizace hustoty

Plocha povrchu

• Relativně velká plocha povrchu
• Ovlivňuje reaktivitu, rozpustnost

Mikrostruktura

• Řízené velikosti zrn a fáze
• Dynamika rychlé solidifikace

Parametr	Význam	Technika měření
Distribuce velikosti částic	Řídí následnou zpracovatelnost	Laserový difrakční analyzátor velikosti částic
Tvar částice	Ovlivňuje hustotu a chování při proudění	Skenovací elektronová mikroskopie
Chemie	Dosahuje cílového výkonu materiálu	Optická emisní spektrometrie, hmotnostní spektrometrie ICP
Hustota	Souvisí s dosažitelnými vlastnostmi	Plynová pyknometrie, tester zdánlivé hustoty
Plocha povrchu	Ovlivňuje reaktivitu a rozpustnost	Analyzátor povrchové plochy absorpce plynu
Mikrostruktura	Určuje mechanické vlastnosti	Rentgenová difrakce, metalografie

Analýza nákladů na atomizaci kovového prášku

Atomizovaný kovový prášek je dražší než konvenční suroviny kvůli specializovanému zpracování:

• Malosériová výroba
• Komplexní kontrola kvality
• Kroky ruční manipulace
• Údržba zařízení
• Spotřební materiál a energie
• Zotavení nákladů na výzkum a vývoj

Faktory ovlivňující náklady:

• Náklady na kovové vsázky
• Shoda s kvalitou
• Velikost objednávky
• Velikost částic
• Exotické slitiny

Ekonomika:

• Suroviny: 30 % celkových nákladů
• Zpracování: 70 % celkových nákladů

Cenové rozpětí:

Materiál	Cena za kg
Nerezové oceli	$20-$250
Nástrojové oceli	$25-$150
Titanové slitiny	$70-$1000
Kobaltové slitiny	$100-$500
Slitiny niklu	$100-$2000
Wolframové slitiny	$800-$5000

Životaschopnost podniku závisí na maximalizaci využití výrobní kapacity a celkové výtěžnosti.

Atomizace kovového prášku: Proti a proti

Výhody atomizace kovového prášku

• Vynikající charakteristiky toku
• Úzká distribuce velikosti částic
• Přizpůsobitelná složení slitin
• Možný tvar sférického prášku
• Řízené mikrostruktury
• Umožňuje vznikající technologie

Výzvy atomizace kovového prášku

• Vysoké výrobní náklady
• Omezené velikosti šarží
• Přísná bezpečnostní opatření
• Komplexní shoda s kvalitou
• Zkušenosti kvalifikovaného operátora jsou zásadní
• Nákladný vývoj pokusů a omylů
• Manipulace s jemnými reaktivními prášky

Pokroky nadále rozšiřují obzory pro speciální materiály vyráběné atomizací.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jak se atomizují kovové prášky?

Odpověď: Kovové prášky se atomizují rozbitím proudu roztaveného kovu na jemné kapičky pomocí plynových trysek, vodních trysek nebo odstředivých sil, které je rychle ztuhnou na prášek.

Otázka: Co je atomizace vodou?

Odpověď: Při atomizaci vodou je tenký proud roztavené kovové slitiny zasažen vysokotlakými vodními tryskami, které jej rozbíjejí na malé kapičky. Kapičky tuhnou na nepravidelně tvarované částice prášku, když padají vodou.

Otázka: Jaké kovy lze atomizovat na prášky?

Odpověď: Mnoho technických kovů, jako jsou nástrojové oceli, nerezové oceli, niklové slitiny, titanové slitiny, wolframové slitiny a drahé kovy, lze atomizovat na jemné sférické prášky nebo nepravidelné prášky pomocí vhodných technik.

Otázka: Jakých velikostí částic může atomizace kovového prášku dosáhnout?

Odpověď: Konvenční atomizace kovového prášku může produkovat prášky od přibližně 10 mikronů do více než 150 mikronů. Specializované trysky a podmínky zpracování umožňují velikosti částic pod 5 mikronů.

Otázka: Kolik stojí atomizace kovového prášku?

Odpověď: Vzhledem k malým objemům a specializovanému vybavení stojí atomizovaný kovový prášek 5 až 10krát více než standardní surový kovový materiál na jednotkovou hmotnost, přičemž ceny se pohybují od 50 USD za kg do více než 2000 USD za kg v závislosti na složení a kvalitě.

Otázka: Můžete atomizovat více kovů současně do slitiny?

Odpověď: Ano, atomizace umožňuje tavení a legování různých kovů do přizpůsobených složení, která ztuhnou na slitinový prášek s požadovanými poměry prvků a pokročilými metalurgickými vlastnostmi.

Otázka: Jaká nebezpečí jsou spojena s atomizací kovového prášku?

Odpověď: Jemné kovové prášky mohou samovolně vzplanout, explodovat nebo být toxické při vdechnutí. Jsou prosazovány přísné bezpečnostní protokoly pro proplachování inertním plynem, elektrické zařízení odolné proti výbuchu, tlakové trysky, nouzové větrání a OOP pro obsluhu.

Otázka: Jaké stroje se používají při atomizaci kovového prášku?

Odpověď: Mezi hlavní zařízení pro atomizaci kovového prášku patří vakuové indukční pece, systémy pro nalévání pánví, plynové a vodní trysky, atomizační věže, cyklónové separátory, třídicí stroje, sušicí pece na prášek a třídicí stanice.

Závěr

Atomizace kovového prášku je složitá, mnohostranná výrobní technika, která je nezbytná pro vývoj nových materiálů překračujících hranice průmyslu. Přetrvávající metalurgické problémy nadále pohánějí zdokonalování procesů prostřednictvím rozsáhlého tribologického výzkumu a zkoušek v závodech. Díky širší spolupráci napříč hodnotovým řetězcem kovového prášku, který využívá nejnovější automatizační technologie, atomizace slibuje pozvednutí výroby – nikoli její eliminaci.

znát více procesů 3D tisku