Einführung in die Zerstäubung von Pulvern

Zerstäubungspulver ist eine Art von Metall- oder Legierungspulver, das durch Zerstäubung hergestellt wird, ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall in feine Tröpfchen verwandelt wird, die zu Pulverpartikeln erstarren. Diese Methode der Pulverherstellung ermöglicht eine präzise Kontrolle der Pulvereigenschaften wie Partikelgröße, -form und -zusammensetzung.

AtomiZed-Pulver sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Fähigkeiten zu einem wichtigen Material in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, dem 3D-Druck und vielen anderen geworden. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Leitfaden zu zerstäubten Pulvern, einschließlich eines Überblicks über Zusammensetzungsoptionen, Schlüsseleigenschaften, Produktionsmethoden, Anwendungen, Spezifikationen, Auswahlkriterien, wichtige globale Lieferanten und häufig gestellte Fragen.

zerstäubte Pulver Zusammensetzung

Zerstäubtes Pulver kann aus verschiedenen Metallen und Legierungen mit maßgeschneiderten Zusammensetzungen hergestellt werden, um die gewünschte Materialleistung zu erzielen. Zu den üblichen Ausgangsmaterialien für die Herstellung von atomisiertem Pulver gehören:

Werkstoff Metall	Typische Legierungselemente
Aluminium	Silizium, Magnesium, Zink, Kupfer
Kobalt	Chrom, Wolfram, Molybdän
Kupfer	Zinn, Zink, Silizium, Chrom
Eisen	Nickel, Silizium, Chrom, Molybdän
Nickel	Chrom, Molybdän, Kobalt
Titan	Aluminium, Vanadium, Eisen
Wolfram	Kupfer, Eisen, Nickel

Legierungselemente werden hinzugefügt, um die Festigkeit, die Härte, die Verschleißfestigkeit, die Hochtemperaturleistung und andere angestrebte Materialeigenschaften der endgültigen Pulverpartikel zu verbessern.

Zu den am häufigsten verwendeten Legierungssorten für zerstäubtes Pulver gehören rostfreie Stähle, Werkzeugstähle, Nickelsuperlegierungen, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Kobaltlegierungen. Spezifische Legierungsbezeichnungen und standardisierte Zusammensetzungen werden später im Abschnitt über Spezifikationen behandelt.

Eigenschaften von zerstäubten Pulvern

Im Vergleich zu konventionellen Metallpulvern bieten zerstäubte Pulver dank der präzisen Produktionskontrolle über kritische Partikeleigenschaften überlegene Qualitäten:

Eigentum	Beschreibung
Partikelform	Hochgradig sphärische Morphologie durch spezielle Gas- oder Wasserzerstäubung
Partikelgröße	Gleichmäßig enge Verteilung von etwa 10 Mikron bis 150+ Mikron
Chemie	Gleichmäßige Zusammensetzung mit minimaler Verunreinigung
Dichte	Vollkommen dichte Pulverstruktur im Gegensatz zu porösen Alternativen
Oberflächenoxid	Kontrollierte niedrige Oxidschichtdicke
Fließfähigkeit	Frei fließende Partikel mit guter Handhabung und Packungsdichte

Diese verbesserten Pulvereigenschaften führen direkt zu Vorteilen in Bezug auf die Qualität und Konsistenz des Endprodukts, wenn 3D-Druck- oder pulvermetallurgische Formgebungsverfahren auf Basis von Zerstäubung eingesetzt werden:

• Verbesserte mechanische Eigenschaften - Höhere Dichte und optimierte Legierungszusammensetzung
• Erhöhte Präzision - Gleichmäßige Partikelgröße unterstützt die gleichmäßige Verteilung der Schicht
• Geringere Porosität - Sphärische Morphologie packt besser mit weniger Hohlräumen
• Hervorragende Oberflächenqualität - Gleichmäßigere Pulververteilung, weniger Verschmutzung
• Bessere Maßhaltigkeit - Konsistente Schrumpfung und Verzerrungen

Durch die präzise Steuerung der Pulverproduktion bietet die Zerstäubung erhebliche Vorteile gegenüber weniger kontrollierten Äquivalenten wie gaszerstäubten, plasmagestäubten, elektrolytischen und Eisenschwammpulvern, wenn es auf Leistung ankommt.

Verfahren zur Herstellung von atomisiertem Pulver

Es gibt zwei Haupttechniken zur Herstellung von zerstäubten Metall- und Legierungspulvern mit speziellen Anlagen:

Gaszerstäubungsprozess

Inertes Gas wie Stickstoff oder Argon wird verwendet, um einen dünnen Strom geschmolzenen Metalls in fein verteilte Tröpfchen zu verwandeln. Während die Tröpfchen abkühlen und in einer Turmkammer wandern, verfestigen sie sich zu kugelförmigen Pulverpartikeln, die sich am Boden sammeln. Dies ist die gängigste Zerstäubungsmethode, die kostengünstige kommerzielle Mengen ermöglicht.

Typische Eigenschaften von gaszerstäubtem Pulver:

• Partikelgrößen zwischen ~20-150 Mikrometern
• Mittlere Partikelform Sphärizität
• Moderate Abkühlungsraten verändern die Kornstruktur der Legierung
• Chargengrößen über 100 kg

Prozess der Wasserzerstäubung

Mit Hilfe von Hochdruckwasserstrahlen wird ein geschmolzener Metallstrom in feine Tröpfchen gebrochen, die bei Kontakt schnell zu festen Partikeln abschrecken. Dies erzeugt die kugelförmigste Pulvermorphologie, ist aber teurer.

Typische Eigenschaften von wasserverdüstem Pulver:

• Partikelgrößen zwischen ~10-100 Mikron
• Sehr kugelförmige Partikelform
• Schnelleres Abkühlen verändert die Metallurgie und verbessert die Konsistenz der Legierung
• Geringere Produktionsmengen pro Charge

Was die Möglichkeiten angeht, so ist die Gaszerstäubung für große Mengen am besten geeignet, während die Wasserzerstäubung trotz höherer Kosten eine bessere Qualität bietet. Der Partikelgrößenbereich verschiebt sich bei der Wasserzerstäubung ebenfalls nach unten, was eine feinere Auflösung beim Pulverbettdruck ermöglicht.

Anwendungen von atomisiertem Pulver

Dank der verbesserten Konsistenz und der möglichen Eigenschaften werden zerstäubte Pulver in den wichtigsten Hochleistungsherstellungsverfahren eingesetzt:

Prozess	Vorteile	Beispiele aus der Industrie
Additive Fertigung von Metall (3D-Druck)	- Hochpräzisions-Schichtmetallurgie - Kundenspezifische Legierungen und Geometrien - Reduzierte Bearbeitungsanforderungen	Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik
Metall-Spritzgießen	- Hochkomplexe konsolidierte Teile - Umfangreiches Angebot an Legierungen	Industrie, Elektronik, Feuerwaffen
Heißisostatisches Pressen	- Vollkommen dichte konsolidierte Komponenten - Große komplexe Teile - Flexibilität der Legierung	Luft- und Raumfahrt, Energie, Automobil
Thermische und kalte Spritzschichten	- Abriebfeste Oberflächen - Dimensionale Restaurierung - Korrosionsbeständigkeit	Öl und Gas, Chemie, Infrastruktur

Dies gilt insbesondere für Metallzusatzstoffe, zerstäubte Pulver die strengen Anforderungen in Bezug auf die Verteilbarkeit des Pulvers, die Partikelverschmelzung, die metallurgische Konsistenz und die mechanische Leistung des fertigen Teils erfüllen. Führende Pulverhersteller arbeiten eng mit 3D-Drucker-OEMs zusammen, um Legierungen und Partikeleigenschaften speziell auf die Druckanforderungen abzustimmen.

Spezifikationen für zerstäubtes Pulver

Zerstäubte Pulver für die kommerzielle Verwendung müssen Zertifizierungsstandards für Chemie, Partikelgrößenverteilung, Form und Fließeigenschaften erfüllen. Die wichtigsten Pulverspezifikationen umfassen:

Parameter	Typische Spezifikation
Legierungsgrad	ISO, ASTM, AWS Legierungsbezeichnungen
Chemische Zusammensetzung	Gewichtsprozente der Elemente
Partikelgrößenverteilung	D10, D50, D90 Mikrometer gemessen durch Laserbeugung
Partikelform	Sphärizität auf der Skala 1-5 durch Mikroskopie
Durchsatz des Pulvers	S in s/100g, gemessen mit dem Hall-Durchflussmesser Trichter
Scheinbare Dichte	Gemessen in g/cm3 mit Hall-Durchflussmesser
Dichte des Gewindebohrers	Gemessen in g/cm3 nach mechanischem Gewindeschneiden

Diese Pulvercharakterisierungstests gewährleisten die Konsistenz von Charge zu Charge und tragen zur Quantifizierung der Verarbeitbarkeit bei. Kundenspezifische Spezifikationen sind für Attribute wie die Partikelgrößenverteilung und maßgeschneiderte Legierungszielchemien möglich.

Zu den üblichen standardisierten Legierungssorten, die für zerstäubte Pulver verwendet werden, gehören:

Rostfreie Stähle

• 316L, 304L, 17-4PH, 420

Werkzeugstähle

• H13, M2, M4

Superlegierungen:

• Inconel 625, 718, MP1

Titan-Legierungen:

• Ti6Al4V

Aluminium-Legierungen

• AlSi10Mg

Kobalt Chrom

• CoCrMo

Für anspruchsvolle Anwendungen wie Turbomaschinen und medizinische Implantate sind auch spezielle Pulvervarianten wie plasmagestäubte Nickelsuperlegierungen und Titanlegierungen mit extrafeinen Partikelgrößen von bis zu 15 Mikrometern erhältlich.

Kriterien für die Auswahl von Zerstäubungspulvern

Die Wahl des richtigen Zerstäubungspulvers hängt von den Anforderungen Ihres Produktionsprozesses und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab:

Rücksichtnahme	Wichtige Entscheidungsfaktoren
Additive Fertigung	- Partikelgrößenbereich je nach Druckermodell - Sphärizität für Pulverstreuung - Mechanische Eigenschaften der Legierung bei Temperatur - Konzipiert für geringe Porosität und Anisotropie - Chemie zur Begrenzung flüchtiger Elemente
Metall-Spritzgießen	- Verunreinigungen pulverisieren, um Verstopfung zu verhindern - Fließfähigkeit der Legierung im geschmolzenen Zustand - Kontrollierte Partikelform und Größenverteilung
Thermisches Spritzen	- Eignung des Pulvers für Plasma-/Verbrennungswärmequellen - Chemie der Ablagerung, Dichte, Haftfestigkeit - Durchfluss durch die Einspritzdüse
Heißisostatisches Pressen	- Räumliche Einheitlichkeit der Konsolidierung - Mechanische Eigenschaften des Endprodukts - Chemische Kontrolle für Korrosionsbeständigkeit
Kältespray	- Verformung der Partikel beim Aufprall - Beseitigung von Ablagerungsporen und Rissen - Bindung innerhalb der Legierungsfamilie

Die Auswahl umfasst die Abstimmung der Pulvergrößenbereiche und -fraktionen auf die optimalen Hardwarespezifikationen sowie die Berücksichtigung von Faktoren, die die Qualität des Endprodukts beeinflussen, wie Verunreinigungen, Ausbreitungsverhalten, Fließfähigkeit der Legierung, Mikrostrukturen und mehr.

Globale Lieferanten von atomisiertem Pulver

Zu den führenden internationalen Anbietern, die für qualitativ hochwertige gas- und wasserverdüste Metalllegierungspulver bekannt sind, gehören:

Unternehmen	Hauptsitz	Kapazität	Bemerkenswerte Merkmale
Sandvik Fischadler	UK	10.000 Tonnen pro Jahr	Sphärisches Gas zerstäubte Pulver mit eigener Legierungsforschung und -entwicklung
Hoganas	Schweden	50.000 Tonnen pro Jahr	Komplette Produktpalette für Metallpulver
Praxair	USA	15.000 Tonnen pro Jahr	Marktführende Qualitätsstandards
Erasteel	Frankreich	20.000 Tonnen pro Jahr	Pulver mit enger Größenverteilung
TLS Technik	Deutschland	10.000 Tonnen pro Jahr	Kundenspezifische Legierungen für die additive Fertigung
AMPS	Südkorea	3.000 Tonnen pro Jahr	Sphärische wasserverdüste Nickelsuperlegierungen

Diese führenden Metallpulverhersteller bieten eine Vielzahl von Werkstoffen an, darunter rostfreie Stähle, niedrig legierte Stähle, Werkzeugstähle, Superlegierungen und Aluminiumlegierungen, die auf die Anforderungen der industriellen Produktion zugeschnitten sind. Es werden sowohl Lagerlegierungen als auch kundenspezifische Legierungsentwicklungen angeboten.

Neben großen Unternehmen stellen auch Spezialmetall-Servicebüros und Auftragsfertiger für den 3D-Druck Nischenlegierungen her, die auf die Druckleistung abgestimmt sind. Die Preise variieren je nach Abnahmemenge, exotischen Zusammensetzungen, die über die Standardsorten hinausgehen, und zusätzlichen Anforderungen an die Pulvercharakterisierung.

FAQs

Was ist der Unterschied zwischen gas- und wasserverdüsten Pulvern?

• Die Gaszerstäubung ist kostengünstiger, bietet größere Volumina und moderate Partikelformen. Die Wasserzerstäubung bietet trotz des höheren Preises eine bessere Sphärizität des Pulvers und höhere Kühlraten.

Was sind die Vorteile von zerstäubtem Pulver gegenüber anderen Methoden der Metallpulverherstellung?

• Die Hauptvorteile sind präzise Partikeleigenschaften wie Größenkontrolle, Formkonsistenz, Gleichmäßigkeit der Legierung und Sauberkeit, die die Herstellbarkeit und Leistung verbessern.

Was ist die Plasmazerstäubung und wie ist sie im Vergleich dazu?

• Bei der Plasmazerstäubung wird heißes ionisiertes Gas verwendet, was eine feinere Steuerung und kleinere Partikelgrößen ermöglicht. Der Durchsatz ist jedoch geringer und die Kosten sind weitaus höher als bei der Standardgaszerstäubung.

Welchen Einfluss hat die Partikelgrößenverteilung des zerstäubten Pulvers?

• Eine engere Verteilung verbessert die Pulverbettdichte und sorgt für ein gleichmäßiges Schmelzen. Aber auch ein gewisser Anteil an Feinanteilen verbessert die Druckfähigkeit. Optimale Mischungen sind auf bestimmte Druckereinstellungen ausgerichtet.

Wie lässt sich feststellen, ob eine Anwendung gas- oder wasserverdüstes Pulver benötigt?

• Die Anforderungen an die Bauteile in Bezug auf Genauigkeit, Oberflächengüte, Legierungskonsistenz und Eigenschaften bestimmen die Auswahl. Für die meisten Anwendungen ist mäßig gasverdüstes Pulver bei besserer Wirtschaftlichkeit ausreichend.

Wie lange ist die typische Vorlaufzeit für den Kauf von kundenspezifisch zerstäubten Pulvern?

• Kundenspezifische gasverdüste Pulver benötigen ~8-12 Wochen bei Bestellmengen über 1000 kg. Kleine Chargen (~100 kg) von Speziallegierungen können innerhalb von 4-6 Wochen geliefert werden.

Wie empfindlich reagieren die Preise für zerstäubtes Pulver auf die Rohstoffkosten?

• Die Preise für die Grundlegenden Legierungselemente machen 40-60% der gesamten Pulverkosten für die gängigen Edelstahl- und Werkzeugstahlsorten aus. Spezialisiertere Superlegierungen sind weniger volatil.

Wie lange sind versiegelte, zerstäubte Pulver normalerweise haltbar?

• In mit Stickstoff gespülten Behältern, die kühl und trocken gelagert werden, halten gaszerstäubte Pulver mehr als 1 Jahr, während wasserzerstäubte Pulver ~6 Monate lang stabil bleiben, bevor sie wieder aufbereitet werden müssen.

Zerstäubte Pulver, die mit speziellen Gas- oder Wasserzerstäubungsprozessen hergestellt werden, bieten eine völlig neue Material- und Leistungskonsistenz für Metallzusatzstoffe, Pulvermetallurgie, thermisches Spritzen und andere pulverbasierte Fertigungstechnologien mit strengen Anforderungen an die Chemie und die Partikeleigenschaften.

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Additional FAQs about atomized powders (5)

1) How do atomized powders differ by morphology and why does it matter for AM?

• Gas‑atomized powders are generally more spherical with narrower PSD and fewer satellites, enabling better flow and higher powder‑bed density. Water‑atomized powders are more irregular and oxidized, suiting binder jetting/MIM but less ideal for LPBF unless conditioned.

2) What certificate of analysis (CoA) data should I demand for atomized powders?

• Chemistry (wt%), interstitials O/N/H (LECO), PSD (D10/D50/D90 and span) per ISO 13320/ASTM B822, sphericity/shape (DIA), Hall/Carney flow, apparent/tap density (ASTM B212/B527), moisture, and contamination (Fe pick‑up for non‑Fe alloys). Include lot genealogy and storage guidance.

3) How tight should PSD be for LPBF vs binder jetting?

• LPBF metals: often 15–45 μm or 20–63 μm with low fines (<5–10% <10 μm) to balance flow and density. Binder jetting: finer medians (Dv50 15–25 μm) and sometimes bimodal blends to raise green density.

4) What are best practices for powder reuse and refresh rates?

• Track oxygen/moisture rise, flow loss, and fines accumulation after each cycle. Typical refresh 10–30% new powder per build for steels/Ni; stricter for Al/Ti. Sieve to spec; reject lots exceeding O/N/H or PSD tails.

5) When is plasma or EIGA atomization preferred over gas or water?

• For highly reactive/oxygen‑sensitive alloys (Ti, TiAl, Ni superalloys for critical aerospace/medical) needing ultra‑low O and high sphericity. Throughput and cost are higher, but performance and qualification justify use.

2025 Industry Trends for atomized powders

• Inline QC becomes standard: Atomizers integrate laser diffraction and dynamic image analysis to control PSD and sphericity in real time.
• Sustainability focus: Closed‑loop water systems and argon recovery lower kg CO2e per kg powder; Environmental Product Declarations (EPDs) gain traction in sourcing.
• AM‑tuned chemistries: Low‑oxygen steels and modified superalloys reduce cracking/porosity in LPBF; lot‑to‑lot printability KPIs included on CoAs.
• Shape engineering: Post‑atomization plasma spheroidization expands water‑atomized powders’ suitability for LPBF in select steels and Cu alloys.
• Supply resilience: Regional powder capacity grows in NA/EU/India, shortening lead times for standard grades (316L, 17‑4PH, IN718, AlSi10Mg).

2025 snapshot: atomized powder metrics and market indicators

Metrisch	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Share of AM CoAs reporting DIA shape metrics (%)	35–45	50-60	65–75	OEM specs, supplier datasheets
Typical LPBF PSD window (μm, steels)	20–63	15–53	15–45	Narrowing for flowability/density
Average O (wt%) in GA 316L for AM	0.035–0.05	0.030–0.045	0.025–0.040	LECO trends
Lead time standard GA 316L (weeks)	6–10	5-8	4–7	Capacity additions
Price delta GA vs WA 316L (USD/kg)	+12–20	+10–18	+10–15	GA premium persists
Plants with closed‑loop water/Ar recovery (%)	25–35	35–45	45–55	ESG reporting

Referenzen:

• ISO 13320 (PSD), ASTM B822/B212/B527, ASTM F3049 (AM powder characterization): https://www.iso.org, https://www.astm.org
• ASM Handbook: Powder Metallurgy; supplier ESG/EPD reports

Latest Research Cases

Case Study 1: Real‑Time PSD Control in Gas Atomization for IN718 (2025)
Background: A powder producer faced wide PSD tails causing LPBF recoater streaks and porosity.
Solution: Installed at‑line laser diffraction and DIA feedback to adjust gas pressure/nozzle ΔP and melt flow; implemented fines bleed‑off.
Results: Span reduced 18%; out‑of‑spec tails (>63 μm) cut by 60%; LPBF relative density improved from 99.3% to 99.7%; scrap −22%.

Case Study 2: Plasma Spheroidization of Water‑Atomized 17‑4PH for LPBF (2024)
Background: Client sought lower feedstock cost versus GA powder with acceptable LPBF performance.
Solution: Post‑processed WA 17‑4PH via plasma spheroidization and H2 anneal; tuned PSD to 15–45 μm, O reduced from 0.12% to 0.06%.
Results: Hall flow improved from “no flow” to 18 s/50 g (Carney 6.2 s/50 g); LPBF build achieved 99.6% density after parameter optimization; tensile properties met internal spec with HIP.

Expertenmeinungen

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy & Materials Processing, University of Sheffield
  Key viewpoint: “You cannot manage what you don’t measure—pairing PSD with shape metrics is now essential to predict spreadability and part density in atomized powders.”
• Dr. Christina M. Yang, Director of AM Powders, Industrial Supplier
  Key viewpoint: “Lot‑to‑lot printability hinges on oxygen and fines control. A disciplined refresh/sieving strategy beats chasing laser parameters after the fact.”
• Dr. Tony L. Fry, Principal Scientist, National Physical Laboratory (NPL), UK
  Key viewpoint: “Traceable method validation with reference materials is the only way to make PSD numbers comparable across labs and contracts.”

Citations: NPL particle metrology resources: https://www.npl.co.uk; ASM Handbook; ASTM/ISO standards

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ISO 13320 (laser diffraction), ISO 9276 (data presentation), ASTM B822 (PSD), ASTM B212/B213 (apparent density/flow), ASTM B527 (tap density), ASTM F3049 (AM powder)
• Messung:
• Dynamic image analysis systems for sphericity/aspect ratio; LECO O/N/H (ASTM E1019/E1409)
• Prozesskontrolle:
• Atomizer nozzle/gas pressure tuning guides; sieving/conditioning SOPs; powder reuse tracking templates (O2, fines, flow)
• Databases/handbooks:
• ASM International (Powder Metallurgy), MPIF publications, OEM AM powder specifications
• Nachhaltigkeit:
• ISO 14001 frameworks; EPD tools; best practices for closed‑loop water and argon recovery

Notes on reliability and sourcing: Specify alloy grade and chemistry tolerances, PSD (D10/D50/D90, span), shape metrics, O/N/H limits, flow and density targets on POs. Qualify each lot with print or sinter coupons. Store under inert/desiccated conditions and document reuse cycles. Align powder characteristics with the intended process (LPBF, BJ, MIM, DED) to avoid downstream variability.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 focused FAQs, a 2025 trends table with metrics, two recent case studies, expert viewpoints with citations, and practical standards/resources tailored to atomized powders for AM and PM
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO powder standards are updated, major OEMs revise AM powder CoA requirements, or new data emerges on conditioning methods that broaden WA powders’ LPBF suitability