Hoe het gasverstuivingsproces werkt

Overzicht

Gasverstuiving is een methode voor metaalpoederproductie waarbij inerte gasstralen met hoge snelheid worden gebruikt om een stroom gesmolten metaal uiteen te laten vallen in fijne bolvormige poederdeeltjes. De gasverstuivingsproces biedt uitstekende controle over de verdeling van de poederdeeltjesgrootte, morfologie, zuiverheid en microstructuur.

De belangrijkste kenmerken van gasatomisch poeder zijn de bolvorm van de deeltjes, de hoge zuiverheid, fijne afmetingen tot 10 micron en een uniforme samenstelling. Gasatomisatie vergemakkelijkt geavanceerde poedervormige productietechnieken zoals metaalspuitgieten, additieve productie en poedermetallurgisch persen en sinteren.

Deze gids geeft een uitgebreid overzicht van het gasatomisatieproces en poeder. Het behandelt verstuivingsmethoden, deeltjesvorming, procesparameters, apparatuur, toepasbare legeringen, poederkenmerken, productspecificaties, toepassingen en leveranciers. Er zijn handige vergelijkingstabellen opgenomen om technische details samen te vatten.

Hoe de Verstuiving van gas Werken

Gasatomisatie zet gesmolten legering om in poeder met behulp van de volgende fundamentele stappen:

Gasverstuiving Procesfasen

• Smeltend - De legering wordt gesmolten in een inductieoven en oververhit tot boven de liquidustemperatuur
• Gieten - Stroom gesmolten metaal gegoten in een verstuivingskamer
• Verneveling - Inerte gasstralen met hoge snelheid verdelen het metaal in fijne druppeltjes
• Verharding - Metaaldruppels stollen snel in poederdeeltjes terwijl ze door de kamer vallen
• Collectie - Poederdeeltjes verzameld in een cycloonafscheider onderaan de toren

Het belangrijkste fenomeen doet zich voor wanneer de kinetische energie van de gasstralen de oppervlaktespanning van het metaal overwint om de vloeistofstroom in druppeltjes te knippen. Deze druppels bevriezen tot poederdeeltjes met een bolvormige morfologie.

Zorgvuldige procesbesturing maakt op maat gemaakte poederdeeltjesgrootten, zuiverheid en microstructuren mogelijk.

Methoden voor gasverstuiving

Er zijn twee primaire methoden van gasverneveling die in de industrie worden gebruikt:

Methoden voor gasverstuiving

Bij close coupled ontwerpen wordt het verstuivingsgas gerecycled, maar bestaat het risico dat de smelt oxideert. Een vrije val biedt een schonere atmosfeer met minder risico op reactie van de verstuiver.

Extra varianten zijn onder andere meervoudige gasverstuivers, ultrasone verstuiving, centrifugale verstuiving en coaxiale verstuiverontwerpen voor gespecialiseerde toepassingen.

Verstuiving van gasmondstukken

Verschillende mondstukontwerpen creëren de gasstralen met hoge snelheid die nodig zijn voor verneveling:

Gasverstuiving Mondstuktypes

De Laval spuitkoppen gebruiken gasversnelling tot supersonische snelheden, maar hebben een complexe geometrie. Sonische spuitmonden met vereenvoudigde vormen bieden meer flexibiliteit.

Kleinere druppels en een strak gecontroleerde grootteverdeling worden bereikt door meerdere micronozzles of spleetconfiguraties te gebruiken.

Poedervorming en stolling

Het afschuiven van gesmolten metaal in druppels en het daaropvolgende stollen volgen verschillende mechanismen:

Poedervorming

• Uit elkaar gaan - Rayleigh-straalinstabiliteit veroorzaakt verstoringen en druppelvorming
• Vervorming - Druppels rekken uit tot ligamenten door luchtweerstandskrachten
• Breuk - Ligamenten vallen uiteen in druppels die de uiteindelijke grootte benaderen
• Verharding - Snelle afkoeling via gascontact en straling vormt vaste deeltjes
• Vertraging - Snelheidsverlies als de deeltjes naar beneden bewegen door de verstuivingskamer

De gecombineerde effecten van oppervlaktespanning, turbulentie en luchtweerstand bepalen de uiteindelijke deeltjesgrootte en morfologie. Maximale deeltjeskoelsnelheden van meer dan 1.000.000 °C/s doven metastabiele fasen.

Procesparameters

De belangrijkste procesparameters voor gasverstuiving zijn onder andere:

Verstuiving van gas Parameters

Door deze parameters in balans te brengen, kunnen de grootte en vorm van de poederdeeltjes, de productiesnelheid en andere kenmerken worden geregeld.

Legeringssystemen voor gasverstuiving

Gasatomisatie kan bijna elke legering verwerken tot poedervorm, inclusief:

Legeringen geschikt voor gasverstuiving

• Titanium legeringen
• Nikkel-superlegeringen
• Kobalt superlegeringen
• Roestvrij staal
• Gereedschapsstaal
• Laaggelegeerd staal
• IJzer- en nikkellegeringen
• Edelmetalen
• Intermetallics

Gasverstuiving vereist smelttemperaturen onder het ontledingspunt van het verstuivingsgas. Typische gassen zijn argon, stikstof en helium.

Vuurvaste legeringen met zeer hoge smeltpunten zoals wolfraam kunnen een uitdaging vormen om te atomiseren en vereisen vaak gespecialiseerde verwerking.

Bij de meeste legeringen moet de smelt ver boven de liquidustemperatuur worden verhit om voldoende vloeibaar te blijven voor verstuiving in fijn verdeelde druppeltjes.

Kenmerken van gasverstoven poeder

Typische kenmerken van gasverneveld poeder:

Kenmerken van verstoven poeder

De bolvorm en instelbare grootteverdeling vergemakkelijken het gebruik in secundaire poederconsolidatieprocessen. Strenge controle over zuurstof en chemie maakt hoogwaardige legeringen mogelijk.

Specificaties voor gasverstoven poeders

Internationale standaardspecificaties helpen bij het definiëren:

• Deeltjesgrootteverdeling
• Schijnbare dichtheidsbereiken
• Hall stroomsnelheden
• Aanvaardbare zuurstof- en stikstofniveaus
• Toelaatbare microstructuur en porositeit
• Grenzen aan de chemische samenstelling
• Bemonsteringsprocedures

Dit ondersteunt kwaliteitscontrole en reproduceerbaar poedergedrag.

Specificaties voor gasverstoven poeders

De specificaties zijn afgestemd op kritieke toepassingsvereisten in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie, de medische sector en andere kwaliteitsgerichte industrieën.

Toepassingen van gasverstoven poeder

Met gasvernevelde poeders kunnen hoogwaardige componenten worden gemaakt via:

• Metaalspuitgieten (MIM)
• Additieve Productie (AM)
• Heet isostatisch persen (HIP)
• Poeder smeden
• Thermisch en koud spuiten
• Poedermetallurgie Persen en sinteren

Voordelen ten opzichte van smeedwerk:

• Complexe geometrieën met fijne kenmerken
• Uitstekende mechanische eigenschappen
• Consolidatie bij volledige dichtheid
• Nieuwe en aangepaste legeringen
• Diverse materiaalopties

Gasatomisatie blinkt uit in het produceren van sferische, vloeiende poeders die optimaal zijn voor geautomatiseerde verwerking van ingewikkelde componenten met hoge kwaliteitsnormen in verschillende industrieën.

Wereldwijde leveranciers van gasverstoven poeders

Prominente wereldwijde leveranciers van gasvernevelde poeders zijn onder andere:

Verstoven Poederfabrikanten

Kleinere regionale leveranciers bieden ook gasvernevelde poeders aan, vaak voor niche-legeringen of -toepassingen.

Veel leveranciers doen ook aan zeven, mengen, coaten en andere nabewerkingen van poeder.

Voordelen vs. beperkingen van gasverstuiving

Gasverstuiving - Voor- en nadelen

De sferische vorm en fijne afmetingen van gasverneveld poeder bieden duidelijke voordelen, maar gaan gepaard met hogere operationele kosten in vergelijking met eenvoudigere mechanische vermaalprocessen.

Gasverstoven poeder selecteren

Belangrijkste aspecten bij het kiezen van gasverneveld poeder:

• Gewenste chemie en samenstelling van de legering
• Doelverdeling van de deeltjesgrootte
• Geschikte schijnbare dichtheid en tapdichtheid
• Zuurstof- en stikstoflimieten bepaald door toepassing
• Stromingseigenschappen voor geautomatiseerde poederverwerking
• Steekproefprocedures om representativiteit te garanderen
• Technische expertise en klantenservice van de verkoper
• Totale kostenoverwegingen

Het testen van prototypes helpt bij het kwalificeren van nieuwe legeringen en gasvernevelde poeders voor een toepassing. Nauwe samenwerking met de poederproducent maakt optimalisatie mogelijk.

FAQ

Wat is de kleinste deeltjesgrootte die gasverstuiving kan produceren?

Gespecialiseerde spuitkoppen kunnen poeder van één cijfer tot 1-5 micron produceren. Ultrafijn poeder heeft echter een zeer lage schijnbare dichtheid en vertoont sterke Van der Waals-krachten tussen de deeltjes, waardoor zorgvuldige hantering vereist is.

Wat veroorzaakt poedersatellieten tijdens gasverstuiving?

Satellieten ontstaan wanneer druppels te groot zijn of tegen elkaar botsen en gedeeltelijk weer samenkomen voordat ze volledig gestold zijn. Een hogere oververhitting, lagere spuitsnelheden en een grotere scheidingsafstand helpen allemaal om satellieten te verminderen.

Waarom is er zeer zuiver inert gas nodig voor gasverstuiving?

Gasstralen met hoge snelheid kunnen na verloop van tijd metaal van het mondstuk eroderen en het poeder verontreinigen. Reactieve gassen zoals stikstof en zuurstof hebben ook een negatieve invloed op de zuiverheid van het poeder en de prestaties van de legering.

Hoe is gasverstuiving te vergelijken met waterverstuiving?

Waterverstuiving produceert een onregelmatiger poeder met een typische grootte van 50-150 micron. Gasverstuiving maakt fijnere poederformaten mogelijk tot 10 micron met een bolvormige morfologie die de voorkeur heeft voor pers- en sintertoepassingen.

Wat is centrifugale verstuiving?

Bij centrifugaalverstuiving wordt gesmolten metaal in een draaiende schijf gegoten die fijne gesmolten metaaldruppeltjes afwerpt die stollen tot poeder. Deze methode biedt hogere productiesnelheden dan gasatomisatie, maar minder controle over de grootte en vorm van het poeder.

Kun je snel van legering wisselen tijdens de gasverstuiving?

Ja, met gespecialiseerde apparatuur kan de smeltstroom snel worden veranderd om samengestelde en gelegeerde poeders te produceren. Kruisbesmetting tussen legeringen moet echter geminimaliseerd worden door kamerreiniging.

Conclusie

Het gasatomisatieproces produceert sferische, stromende metaalpoeders met strak gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling, zuiverheid en microstructurele kenmerken die optimaal zijn voor geavanceerde poederconsolidatieprocessen in kritieke toepassingen. Zorgvuldige manipulatie van procesparameters en gespecialiseerde mondstukontwerpen maken uitgebreide controle mogelijk over de uiteindelijke poedereigenschappen. Door voortdurende ontwikkeling biedt gasverstuiving ingenieurs meer mogelijkheden om hoogwaardige componenten op creatieve nieuwe manieren te produceren.

ken meer 3D-printprocessen