Gasverdüsung Metallpulver

Gasverdüsung von Metallpulver bezieht sich auf ein Materialverarbeitungsverfahren zur Herstellung feiner kugelförmiger Metallpulver für Anwendungen wie Metallspritzguss (MIM), additive Fertigung, Pressen und Sintern, thermische Spritzschichten, Pulvermetallurgie und mehr.

Bei der Gaszerstäubung werden geschmolzene Metalllegierungen mit Hilfe von Hochdruck-Inertgasdüsen in Tröpfchen zerlegt. Die Tröpfchen verfestigen sich schnell zu Pulver und ergeben eine hochsphärische Morphologie, die sich ideal für die Pulverkonsolidierung eignet.

Dieser Leitfaden befasst sich mit der Zusammensetzung von gaszerstäubten Metallpulvern, ihren Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Produktionsmethoden, Lieferanten, Vor- und Nachteilen und häufig gestellten Fragen, die zu beachten sind.

Zusammensetzung von gaszerstäubten Metallpulvern

Verschiedene Metalle und Legierungen mit maßgeschneiderten chemischen Eigenschaften werden zu Pulvern zerstäubt:

Material	Überblick über die Zusammensetzung	Gängige Legierungen
Rostfreier Stahl	Fe-Cr + Ni/Mn/Mo	304, 316, 410, 420
Werkzeugstahl	Fe-Cr-C + W/V/Mo-Legierungen	H13, M2, P20
Aluminiumlegierung	Al + Cu/Mg/Mn/Si	2024, 6061, 7075
Titan-Legierung	Ti + Al/V-Legierungen	Ti-6Al-4V
Nickel-Legierung	Ni + Cr/Fe/Mo-Legierungen	Inconel 625, 718
Kupferlegierung	Cu + Sn/Zn/Legierungen	Messing, Bronze

Diese Metallpulver bieten spezifische mechanische, thermische, elektrische und andere physikalische Eigenschaften für den Fertigungsbedarf.

Merkmale von Gasverdüsung Metallpulver

Neben der chemischen Zusammensetzung sind Merkmale wie Partikelgröße, -form, -dichte und Mikrostruktur für die Leistung entscheidend:

Attribut	Beschreibung	Überlegungen
Partikelgrößenverteilung	Bereich/Verteilung von Durchmessern	Auswirkungen auf minimale Merkmalsauflösung, Packungseffizienz
Morphologie der Partikel	Form/Oberflächenstruktur des Pulvers	Abgerundete, glatte Partikel sorgen für beste Fließfähigkeit und Handhabung
Scheinbare Dichte	Gewicht pro Volumen einschließlich der Hohlräume zwischen den Partikeln	Beeinflusst Verdichtbarkeit und Clustering
Dichte des Gewindebohrers	Abgesetzte Dichte nach mechanischem Abstechen	Bezieht sich auf die Leichtigkeit der Verdichtung des Pulverbettes
Oberflächenchemie	Oberflächenoxide, Restgase oder Feuchtigkeit	Beeinflusst die Stabilität und Konsistenz des Pulvers
Mikrostruktur	Korngröße/Phasenverteilung	Bestimmt Eigenschaften wie Härte, Duktilität nach Verfestigung

Diese miteinander verknüpften Aspekte werden je nach Bedarf ausgeglichen.

Anwendungen der Gaszerstäubung von Metallpulver

Der konsistente Materialeinsatz und die Möglichkeiten der Netzformung unterstützen vielfältige Anwendungen:

Industrie	Verwendet	Beispiele für Komponenten
Additive Fertigung	Ausgangsmaterial für den 3D-Druck	Luft- und Raumfahrtschaufeln, medizinische Implantate
Metall-Spritzgießen	Kleine, komplizierte Metallteile	Düsen, Zahnräder, Befestigungselemente
Pressen und Sintern	Produktion von P/M-Komponenten	Strukturelle Autoteile, Militär-/Feuerwaffenkomponenten
Thermisches Spritzen	Oberflächenbeschichtungen	Antiverschleiß- und Anti-Korrosions-Beschichtungen
Pulvermetallurgie	Oilite-Lager, selbstschmierende Buchsen	Verschleißteile mit poröser Struktur

Die Gaszerstäubung bietet einen einzigartigen Zugang zu maßgeschneiderten Mikrostrukturen und Chemikalien, die den Anforderungen an die Endleistung entsprechen.

Spezifikationen

Obwohl sie anwendungsspezifisch sind, gehören zu den üblichen Nennbereichen:

Parameter	Typischer Bereich	Prüfverfahren
Partikelgrößenverteilung	10 - 250 μm	Laserbeugung, Sieb
Partikelform	>85% kugelförmig	Mikroskopie
Scheinbare Dichte	2 - 5 g/cm3	Hall-Durchflussmesser
Dichte des Gewindebohrers	3 - 8 g/cm3	Anzapf-Volumenzähler
Restgase	< 1000 ppm	Inertgas-Analyse
Gehalt an Oberflächenoxid	< 1000 ppm	Inertgas-Analyse

Engere Verteilungskurven gewährleisten eine zuverlässige Leistung in nachfolgenden Prozessen.

Überblick über die Gaszerstäubungsproduktion

1. Beschickung des Induktionsofens mit Rohstoffen wie Metallblöcken und Schrott
2. Schmelzmaterial, Probenchemie und Temperatur
3. Einleiten des geschmolzenen Metallstroms in die Düse(n) des Gaszerstäubers, die eng miteinander verbunden sind
4. Glatte(r) Flüssigmetallstrom(e) formen
5. Hochgeschwindigkeits-Inertgasdüsen (N2, Ar) zerlegen den Strom in Tröpfchen
6. Metalltröpfchen erstarren schnell zu Pulver ~100-800 μm
7. Grobfraktionen über Zyklonabscheider thermisch klassieren
8. Feines Pulver in Auffangsystemen und Behältern sammeln
9. Siebung und Klassifizierung in Größenfraktionen nach Bedarf
10. Verpackung/Lagerung von Material mit inertem Füllmaterial

Die genaue Kontrolle aller Aspekte dieses Prozesses ist der Schlüssel zur Konsistenz.

Gasverdüsung Metallpulver Anbieter

Viele weltweit führende Materialhersteller bieten die Herstellung durch Gaszerstäubung an:

Anbieter	Materialien	Beschreibung
Sandvik	Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, Superlegierungen	Breites Spektrum an gasverdüsten Legierungen
Tischlertechnik	Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, Speziallegierungen	Kundenspezifische Legierungen verfügbar
Höganäs	Werkzeugstähle, nichtrostende Stähle	Weltweit führend in der Zerstäubung
Praxair	Titanlegierungen, Superlegierungen	Zuverlässiger Lieferant von Präzisionsmaterialien
Fischadler Metalle	Rostfreier Stahl, Superlegierungen	Schwerpunkt auf reaktiven und exotischen Legierungen

Die Mengenpreise hängen von den Marktbedingungen, Vorlaufzeiten, Kosten für exotische Materialien und anderen kommerziellen Faktoren ab.

Kompromisse bei der Betrachtung von Metallpulver aus der Gasverdüsung

Vorteile:

• Konsistente sphärische Morphologie
• Enge Partikelgrößenverteilungen
• Bekannte und einheitliche Eingangschemie
• Kontrolliertes, sauberes Materialgefüge
• Ideale Fließeigenschaften für die AM-Abscheidung
• Ermöglicht dünne Wände/verschlungene Geometrien

Nachteile:

• Erfordert erhebliche Investitionen in die Infrastruktur
• Begrenzte Verfügbarkeit von Legierungen gegenüber Wasserzerstäubung
• Besondere Handhabung zur Vermeidung von Kontaminationen
• Kosten höher als bei alternativen Methoden bei Produktionsmengen
• Geringere Ausbeute als bei alternativen Verfahren
• Begrenzte Kapazität für ultrafeine Partikelgrößen

Für kritische Anwendungen bietet gaszerstäubtes Pulver einzigartige Vorteile in Bezug auf Konsistenz und Leistung.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der entscheidende Unterschied zwischen Gas- und Wasserzerstäubung?

Bei der Gaszerstäubung werden ausschließlich Inertgasdüsen verwendet, um geschmolzenes Metall in Pulver zu zerlegen, während bei der Wasserzerstäubung Wasserstrahlen mit Gasdüsen interagieren, was zu schnelleren Abkühlungsraten, aber unregelmäßigerem Pulver führt.

Was ist die engste erreichbare Partikelgrößenverteilung?

Spezielle Düsen, Abstimmungen und Klassiererstufen ermöglichen Partikelgrößenverteilungen bis zu D10: 20 μm, D50: 30 μm, D90: 44 μm für die Gaszerstäubung. Es werden weiterhin noch engere Bereiche entwickelt.

Wie klein können Gaszerstäubungsdüsen werden?

Es wurden Düsenbohrungen bis zu 0,5 mm entwickelt, um Chargenmengen von weniger als 1 kg pro Stunde zu produzieren. Allerdings bleibt die Klassifizierung von Pulver im freien Fall unter 20 μm schwierig.

Was beeinflusst die Konsistenz zwischen den einzelnen Pulverchargen?

Die Kontrolle der Zusammensetzung, der Sauberkeit, der Temperaturprofile, der Gasdrücke, der Zerstäubungsbedingungen und der Handhabung/Lagerung des Pulvers tragen alle zur Reproduzierbarkeit bei. Eine strenge Prozesskontrolle ist unerlässlich.

Wie hoch ist die typische Pulverausbeute im Verhältnis zur Ausgangsmasse?

Für gängige Legierungen und Größenbereiche liegen die Ausbeuteprozentsätze in der Regel zwischen 50 und 85%, je nach gewünschter Verteilungsbreite und akzeptablem Anteil. Feinere Verteilungen haben geringere Ausbeuten.

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