Verstoven metaalpoeders: toepassingen, specificaties en vergelijkingen

Verstoven metaalpoeders Productiemethodes zoals additieve productie en thermisch spuiten vereisen materiaal met op maat gemaakte deeltjesgrootte, vorm en metallurgische eigenschappen. Deze gids bespreekt productieprocessen, specificaties, geschikte metalen, toepassingen, leveranciersselectie en alternatieven voor commerciële verstuifde poeders.

Geatomiseerde metaalpoeders Overzicht

Verstuiving zet gesmolten metaalstromen om in fijne bolvormige druppelspuiten die snel afkoelen tot poedervorm. De belangrijkste eigenschappen ten opzichte van alternatieven zoals chemische neerslag zijn onder andere:

• Gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling van 10 micron tot 300+ micron
• Vermogen om reactieve legeringen te verwerken in inerte gasatmosferen
• Snelle stolling produceert fijnere microstructuren
• Lagere zuurstof- en stikstofonzuiverheden
• Kosteneffectiviteit door hoge poederopbrengsten gericht op 50%+
• Aanpasbaarheid aan de meeste commerciële metalen en legeringen

Door de beschikbare productiemethoden, specificaties, toepassingen en economische aspecten te begrijpen, kunnen de voordelen en beperkingen van verneveling goed worden benut bij de selectie van metaalpoeders.

Methoden voor het verstuiven van metaalpoeders

Op industriële schaal is verstuiving nodig door middel van gas-, water- of centrifugale processen:

Tabel 1. Verstuivingstechnieken op commerciële schaal voor de productie van metaalpoeders naast uitvoereigenschappen

Elke techniek biedt unieke voordelen op het gebied van deeltjesgrootte, poederrendement, afschriksnelheden en compatibiliteit binnen het uitgebreide metaaluniversum.

Metalen en legeringen die compatibel zijn met verstuiving

Verstuiving verwerkt de meeste commerciële metalen en legeringen, inclusief:

• Titaanlegeringen met aluminium en vanadium
• Superlegeringen zoals Inconel op nikkelbasis en Haynes-legeringen op kobaltbasis
• Hoge temperatuur metalen zoals molybdeen, wolfraam en tantaal
• Reactieve elementen zoals chroom en mangaan
• Edele metalen zoals goud, zilver en platina
• Vuurvaste metalen: niobium, zirkonium en hafnium
• Gebruikelijke austenitische roestvaste staalsoorten 316L en 304L

Sterke chemische reactiviteit in gesmolten toestand beperkt de toepasbaarheid voor sommige elementaire metalen zoals zuiver mangaan of chroom. Maar het mengen in legeringen vermindert de nadelen van de reactiviteit door de compatibiliteit met verstuiving - een voordeel ten opzichte van andere benaderingen voor poederproductie.

Kenmerken en eigenschappen van Verstoven metaalpoeders

Verstuiving levert metaalpoeders op met poedereigenschappen op maat die voldoen aan de behoeften van het productieproces:

Deeltjesgrootteverdeling

• Afstembaar van 10 micron tot 1 mm, te zeven in precieze fracties

Deeltjesvorm

• Overwegend sferische morfologieën, vooral bij atomisering met inert gas

Interne porositeit

• Snelle stolling en inerte verwerking minimaliseert ingesloten gassen die holtes creëren

Chemische zuiverheid

• 99%+ haalbaar voor materialen die met inert gas worden verneveld. Waterverstuiving iets minder.

Oppervlakte Oxide

• Waterverstuiving neemt 5-15X meer oppervlaktezuurstofverontreiniging op in vergelijking met inerte verstuivingsbeschermingsmiddelen.

Microstructurele fasen

• Afgerond door snel afschrikken in vergelijking met tegenhangers van gegoten ingots

Het vermogen om de parameters voor de deeltjesgrootte en -vorm te optimaliseren met behoud van een hoge chemische zuiverheid en gunstige microstructuren past bij geatomiseerde metaalpoeders als grondstof voor additieve productie, waarbij dergelijke kenmerken een kritieke invloed hebben op het succes van het proces en de gerealiseerde eindprestaties van het onderdeel.

Specificaties metaalpoedergrootte door verstuiving

Partijen verstoven metaalpoeder worden geclassificeerd op basis van de verdeling van de deeltjesgrootte. Veel voorkomende zeefgrootten zijn:

tafel 2. Deeltjesgroottecategorieën voor geclassificeerde verstoven metaalpoeders afgestemd op compatibiliteit met productieprocessen

De meeste eigen verstuivingssystemen streven naar 50%+ opbrengsten van poeder dat verzameld is binnen de specificaties voor productiekwaliteit na het zeven van overmaatse en ondermaatse fracties die teruggevoerd worden in de smeltstroom van het proces.

Industriële specificaties voor verstoven metaalpoeders

Verschillende verenigingen onderhouden standaarden voor de samenstelling, chemische en fysische eigenschappen van commerciële metaalpoeders, waaronder:

Tabel 3. Handelsgroepen die specificaties aanbieden die van toepassing zijn op gezeefde chemische stoffen en poedermetrieken die nuttig zijn voor de kwaliteitsborging van geatomiseerde materialen.

Daarnaast bieden individuele fabrikanten nauw gedefinieerde specificaties voor unieke legeringen of speciale eigenschappen zoals maximale zuurstof- of stikstofdrempels die cruciaal zijn voor de verwerking van reactieve legeringen.

Het nakijken van certificeringsscopes zorgt ervoor dat de standaarden de door de koper voorgeschreven samenstellingsvensters, aanvaardbare poederkenmerken zoals hall flow rates en chemische zuiverheidsniveaus goed afdekken, passend bij zowel de verstuivingsmogelijkheden als de daaropvolgende vereisten voor het productieproces.

Toepassingen en gebruik voor verstoven metaalpoeder

Als basisgrondstof voor industriële productie zijn de belangrijkste metaalpoedertoepassingen onder andere:

Additieve productie

• Onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart - turbinebladen, draagvleugels
• Medische implantaten - heup-, knie- en tandprothesen
• Gereedschap - Lichtgewicht conformally-cooled plastic spuitgietmatrijzen
• Chemische reactoren - Gestructureerde katalysatorsteunen met een hoog oppervlak

Thermische spray

• Corrosiewerende coatings voor olie en gas - downhole-gereedschap
• Drukroloppervlakken die bestand zijn tegen schuren
• Chroomvervangende auto-oppervlakken
• Architectonische glasmallen met hoge afgifte en lage wrijving

Poeder-Metallurgie

• Transmissietandwielen en motoronderdelen voor auto's
• Permanente magneten in motoren en sensoren
• Diamantbeitelplaatjes en snijgereedschappen
• Elektrische contacten die gebruik maken van specifieke geleidbaarheid

De basisgrondstoffen zijn geschikt voor elke toepassing die een gecombineerde chemie en verfijnde poedertextuur vereist die kan worden geconsolideerd in geometrieën voor eindgebruik.

Fabrikanten en verkopers van verstoven metaalpoeder

Toonaangevende wereldwijde leveranciers die verstuivingsmogelijkheden bieden voor de medische, luchtvaart- en industriële markten zijn onder andere:

Tabel 4. Bekende fabrikanten die geatomiseerd metaalpoeder produceren op basis van verschillende procestechnologieën

Secundaire tussenhandelaars distribueren ook poeders, maar de beste praktijk is om rechtstreeks bij de fabrieken in te kopen, zodat de traceerbaarheid van de loten gegarandeerd is en er geen intermediaire kwaliteitsrisico's zijn die de materialen besmetten tussen de grote producenten en de fabrikanten van de eindproducten.

Prijzen voor Verstoven metaalpoeders

De prijs varieert op basis van samenstelling, deeltjesgrootteverdeling, productievolume en kwaliteit:

Niche-legeringen die in kleine batches worden gemaakt, vragen hogere prijzen die de ovenwissels compenseren. Basismetalen zoals roestvast staal dat in grote volumes wordt opgewerkt, bieden de laagste kosten. Maar kopers valideren de relatieve waarde door de resulterende prestatieverbeteringen te vergelijken met het gebruik in uiteindelijke componenten.

Voor- en nadelen van verstoven metaalpoeder

Voordelen van verstoven metaalpoeders:

• Gecontroleerde deeltjesgrootteverdelingen bij commerciële productiesnelheden
• Sferische poedermorfologie van processen met inert gas
• Snelle stolling en inerte verwerking zorgen voor chemische zuiverheid
• Past zich aan aan een breed scala van speciale legeringen als grondstof

Beperkingen om te overwegen:

• 10-100X hogere grondstofkosten ten opzichte van smeedproducten
• Beperkte flexibiliteit op aanvraag met behoefte aan lange doorlooptijden
• Opgelet voor overspecificatie van poederkwaliteiten of -kosten.

Door de voordelen goed af te wegen tegen de beperkingen, voorkom je dat je te veel uitgeeft voor het gebruik van buzzword-technologieën die geen noemenswaardige waarde voor de klant opleveren.

Vergelijkingen met andere metaalpoederproductiemethoden

Afwegingen tussen gangbare benaderingen voor metaalpoederproductie:

Tabel 5. Kwalitatieve vergelijkingen tussen metaalpoederproductiemethoden op commerciële schaal

Hoewel er aanzienlijke volumes worden geproduceerd met geoptimaliseerde poedereigenschappen, zijn er voor verneveling prijspremies die de toepassing in kostengevoelige industrieën zoals de auto-industrie kunnen beperken.

Veel Gestelde Vragen

V: Wat is het primaire doel van verstuiving voor metaalpoeders?

A: Nauwkeurige regeling van de parameters voor deeltjesgrootte en -vorm die anders bij andere technieken willekeurig zijn, om te voldoen aan de strenge eisen van additieve productieprocessen.

V: Behouden gerecyclede metaalpoeders hun oorspronkelijke eigenschappen?

A: Ja, factoren zoals zuurstofopname en microstructurele fases blijven grotendeels onveranderd, waardoor hergebruik mogelijk is als aanvulling op nieuwe productiepoeders.

V: Kunnen poederformaten van minder dan 10 micron worden bereikt met gasverstuiving?

A: Extreem fijne verdelingen onder 5 micron zijn mogelijk, maar bij zeer lage rendementen niet economisch voor commercieel gebruik voor additieve vervaardiging, omdat het oppervlak de reactiviteit bepaalt.

V: Welke industrieën gebruiken geatomiseerde metalen onderdelen?

A: De ruimtevaart, de medische sector, de auto-industrie en de olie- en gasindustrie maken allemaal gebruik van op maat gemaakte legeringen en microstructuren die het resultaat zijn van het unieke atomisatieproces.

ken meer 3D-printprocessen