Jak działa proces atomizacji gazu
Spis treści
Przegląd
Atomizacja gazowa to metoda produkcji proszków metali, która wykorzystuje strumienie gazu obojętnego o wysokiej prędkości do rozpadu strumienia stopionego metalu na drobne kuliste cząstki proszku. Metoda proces atomizacji gazu zapewnia doskonałą kontrolę nad rozkładem wielkości cząstek proszku, morfologią, czystością i mikrostrukturą.
Kluczowe atrybuty proszku atomizowanego gazem obejmują kulisty kształt cząstek, wysoką czystość, drobne rozmiary do 10 mikronów i jednolity skład. Atomizacja gazowa ułatwia stosowanie zaawansowanych technik produkcji opartych na proszkach, takich jak formowanie wtryskowe metali, produkcja addytywna oraz prasowanie i spiekanie w metalurgii proszków.
Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd procesu atomizacji gazowej i proszków. Obejmuje on metody atomizacji, tworzenie cząstek, parametry procesu, sprzęt, odpowiednie stopy, charakterystykę proszku, specyfikacje produktu, zastosowania i dostawców. Pomocne tabele porównawcze podsumowują szczegóły techniczne.
![Jak działa proces atomizacji gazu 1 proces atomizacji gazu](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/Tungsten-Powder.jpg)
Jak Proces rozpylania gazu Prace
Atomizacja gazowa przekształca stopiony stop w proszek, wykorzystując następujące podstawowe etapy:
Etapy procesu atomizacji gazu
- Topienie - Stop jest topiony w piecu indukcyjnym i przegrzewany powyżej temperatury ciekłości.
- Nalewanie - Strumień stopionego metalu wlewany do komory atomizacji
- Atomizacja - Strumienie gazu obojętnego o dużej prędkości rozbijają metal na drobne kropelki
- Solidyfikacja - Kropelki metalu szybko zestalają się w cząsteczki proszku podczas opadania przez komorę.
- Kolekcja - Cząstki proszku zebrane w separatorze cyklonowym na dole wieży
Kluczowe zjawisko zachodzi, gdy energia kinetyczna strumieni gazu pokonuje napięcie powierzchniowe metalu, ścinając strumień cieczy w kropelki. Kropelki te zamarzają w cząstki proszku o kulistej morfologii.
Staranna kontrola procesu umożliwia dostosowanie wielkości cząstek proszku, czystości i mikrostruktury.
Metody rozpylania gazu
Istnieją dwie podstawowe metody atomizacji gazu stosowane w przemyśle:
Metody atomizacji gazu
Metoda | Opis | Zalety | Ograniczenia |
---|---|---|---|
Atomizacja ściśle sprzężona | Dysza w pobliżu temperatury topnienia | Kompaktowa konstrukcja, niższe zużycie gazu | Potencjalne zanieczyszczenie dyszy stopionym materiałem |
Atomizacja swobodnego spadku | Dysza umieszczona poniżej punktu nalewania | Zmniejszone zanieczyszczenie stopu | Wymaga wyższej wieży atomizacyjnej |
Konstrukcje blisko sprzężone poddają gaz rozpylający recyklingowi, ale ryzykują pewne utlenianie stopu. Swobodny opad zapewnia czystszą atmosferę i mniejsze ryzyko reakcji dyszy.
Dodatkowe warianty obejmują wiele dysz gazowych, atomizację ultradźwiękową, atomizację odśrodkową i konstrukcje dysz współosiowych do specjalistycznych zastosowań.
Konstrukcje dysz do atomizacji gazu
Różne konstrukcje dysz tworzą strumienie gazu o dużej prędkości potrzebne do atomizacji:
Typy dysz do rozpylania gazu
Dysza | Opis | Wzór przepływu gazu | Rozmiar kropli |
---|---|---|---|
De Laval | Dysza zbieżno-rozbieżna | Naddźwiękowy | Duża, szeroka dystrybucja |
Stożkowy | Prosty otwór stożkowy | Sonic | Średni |
Szczelina | Wydłużony otwór szczelinowy | Sonic | Mały |
Wiele | Układ mikro-dysz | Dźwiękowy/naddźwiękowy | Bardzo mała, wąska dystrybucja |
Dysze De Laval wykorzystują przyspieszenie gazu do prędkości naddźwiękowych, ale mają złożoną geometrię. Dysze soniczne o uproszczonych kształtach oferują większą elastyczność.
Mniejsze krople i ściśle kontrolowany rozkład wielkości uzyskuje się dzięki zastosowaniu wielu mikro-dysz lub konfiguracji szczelinowych.
Tworzenie i krzepnięcie proszku
Ścinanie stopionego metalu w krople i późniejsze krzepnięcie następują według różnych mechanizmów:
Etapy formowania proszku
- Rozstanie - Niestabilność strumienia Rayleigha powoduje perturbacje i tworzenie się kropli
- Zniekształcenie - Kropelki wydłużają się w wiązadła z powodu sił oporu powietrza
- Zerwanie - Więzadła rozpadają się na kropelki o rozmiarze zbliżonym do ostatecznego
- Solidyfikacja - Szybkie chłodzenie poprzez kontakt z gazem i promieniowanie tworzy cząstki stałe
- Opóźnienie - Utrata prędkości w miarę przemieszczania się cząstek w dół przez komorę atomizacji
Połączone efekty napięcia powierzchniowego, turbulencji i oporu powietrza określają ostateczne rozmiary i morfologię cząstek. Maksymalne szybkości chłodzenia cząstek przekraczające 1 000 000 °C/s wygaszają fazy metastabilne.
Parametry procesu
Kluczowe parametry procesu atomizacji gazu obejmują:
Proces rozpylania gazu Parametry
Parametr | Typowy zakres | Wpływ na proszek |
---|---|---|
Ciśnienie gazu | 2-10 MPa | Zwiększenie ciśnienia zmniejsza rozmiar cząstek |
Prędkość gazu | 300-1200 m/s | Większa prędkość powoduje powstawanie drobniejszych cząstek |
Natężenie przepływu gazu | 0,5-4 m3/min | Zwiększa przepływ dla większej przepustowości i drobniejszych rozmiarów |
Przegrzanie stopu | 150-400°C | Wyższe przegrzanie redukuje satelity i poprawia przepływ proszku. |
Szybkość płynięcia | 10-150 kg/min | Niższe szybkości nalewania poprawiają rozkład wielkości cząstek |
Średnica strumienia topnienia | 3-8 mm | Większy strumień zapewnia wyższą przepustowość |
Odległość separacji | 0.3-1 m | Większa odległość zmniejsza zawartość satelitarną |
Zrównoważenie tych parametrów pozwala kontrolować rozmiar cząstek proszku, kształt, szybkość produkcji i inne cechy.
Systemy stopów do rozpylania gazu
Atomizacja gazowa może przetwarzać prawie każdy stop do postaci proszku, w tym:
Stopy odpowiednie do rozpylania gazu
- Stopy tytanu
- Nadstopy niklu
- Nadstopy kobaltu
- Stale nierdzewne
- Stale narzędziowe
- Stale niskostopowe
- Stopy żelaza i niklu
- Metale szlachetne
- Intermetalika
Atomizacja gazowa wymaga temperatury topnienia poniżej punktu rozkładu gazu atomizującego. Typowe gazy to argon, azot i hel.
Stopy ogniotrwałe o bardzo wysokich temperaturach topnienia, takie jak wolfram, mogą być trudne do rozpylenia i często wymagają specjalistycznej obróbki.
Większość stopów wymaga przegrzania stopu znacznie powyżej temperatury ciekłości, aby utrzymać wystarczającą płynność do atomizacji w drobno rozproszone kropelki.
Charakterystyka proszku rozpylanego gazowo
Typowa charakterystyka proszku rozpylanego gazowo:
Charakterystyka proszku rozpylanego gazowo
Charakterystyka | Opis | Znaczenie |
---|---|---|
Morfologia cząstek | Wysoce sferyczny | Doskonała płynność, gęstość upakowania |
Rozkład wielkości cząstek | Regulacja w zakresie 10-150 μm | Kontroluje gęstość prasowania i zachowanie podczas spiekania |
Zakres wielkości cząstek | Może osiągnąć wąskie dystrybucje | Zapewnia jednolite właściwości komponentów |
Czystość chemiczna | Zazwyczaj >99,5% z wyłączeniem planowanych stopów | Unikaj zanieczyszczenia spowodowanego reakcjami dysz |
Zawartość tlenu | <1000 ppm | Krytyczne dla stopów o wysokiej wydajności |
Gęstość pozorna | Do 60% mocy teoretycznej | Wskazuje na podatność na nacisk i obsługę |
Porowatość wewnętrzna | Bardzo niski | Dobra jednorodność mikrostrukturalna |
Morfologia powierzchni | Płynnie z niektórymi satelitami | Wskazuje stabilność procesu |
Kulisty kształt i regulowany rozkład wielkości ułatwiają stosowanie w procesach wtórnej konsolidacji proszków. Ścisła kontrola nad tlenem i składem chemicznym umożliwia uzyskanie wysokowydajnych stopów.
Specyfikacje dla proszków rozpylanych gazowo
Międzynarodowe standardowe specyfikacje pomagają zdefiniować:
- Rozkład wielkości cząstek
- Zakresy gęstości pozornej
- Natężenia przepływu w hali
- Dopuszczalne poziomy tlenu i azotu
- Dopuszczalna mikrostruktura i porowatość
- Limity składu chemicznego
- Procedury pobierania próbek
Wspiera to kontrolę jakości i powtarzalne zachowanie proszku.
Specyfikacje dla proszków rozpylanych gazowo
Standard | Materiały | Parametry | Metody testowe |
---|---|---|---|
ASTM B964 | Stopy tytanu | Rozmiar cząstek, chemia, mikrostruktura | Dyfrakcja rentgenowska, mikroskopia |
AMS 4992 | Stopy tytanu dla przemysłu lotniczego | Rozmiar cząstek, zawartość tlenu | Analiza sitowa, synteza gazów obojętnych |
ASTM B823 | Stal narzędziowa w proszku | Gęstość pozorna, natężenie przepływu | Przepływomierz Halla, wolumetr Scotta |
SAE AMS 5050 | Stopy niklu | Rozmiar cząstek, morfologia | Dyfrakcja laserowa, SEM |
MPIF 04 | Wiele standardowych stopów | Gęstość pozorna, natężenie przepływu | Przepływomierz Halla, gęstość gwintowana |
Specyfikacje są dostosowane do krytycznych wymagań aplikacji w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, medycznym i innych branżach wymagających wysokiej jakości.
Zastosowania proszku rozpylanego gazowo
Proszki rozpylane gazowo umożliwiają produkcję wysokowydajnych komponentów za pośrednictwem:
- Formowanie wtryskowe metali (MIM)
- Produkcja addytywna (AM)
- Prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP)
- Kucie proszkowe
- Natrysk termiczny i natrysk na zimno
- Prasowanie i spiekanie w metalurgii proszków
Korzyści w porównaniu z materiałami kutymi:
- Złożone geometrie z drobnymi elementami
- Doskonałe właściwości mechaniczne
- Prawie pełna konsolidacja gęstości
- Nowe i niestandardowe stopy
- Zakres opcji materiałowych
Atomizacja gazowa doskonale sprawdza się w produkcji sferycznych, płynnych proszków optymalnych do zautomatyzowanego przetwarzania skomplikowanych komponentów o wysokich standardach jakości w różnych branżach.
Globalni dostawcy proszków rozpylanych gazowo
Wybitni światowi dostawcy proszków rozpylanych gazowo to m.in:
Producenci proszków rozpylanych gazowo
Firma | Materiały | Możliwości |
---|---|---|
ATI Powder Metals | Tytan, nikiel, stopy stali narzędziowej | Szeroki zakres stopów, duże ilości |
Praxair Surface Technologies | Stopy tytanu, niklu i kobaltu | Szeroki wybór stopów, płatne przetwarzanie |
Sandvik Osprey | Stale nierdzewne, stale niskostopowe | Specjaliści od materiałów żelaznych |
Höganäs | Stale narzędziowe, stale nierdzewne | Niestandardowe stopy, proszki do produkcji dodatków |
Carpenter Additive | Stopy tytanu, niklu i kobaltu | Niestandardowe stopy, specjalistyczne rozmiary cząstek |
Mniejsi regionalni dostawcy również oferują proszki rozpylane gazowo, często obsługując niszowe stopy lub zastosowania.
Wielu dostawców zajmuje się również przesiewaniem, mieszaniem, powlekaniem i innymi operacjami obróbki końcowej proszków.
Zalety i ograniczenia atomizacji gazu
Atomizacja gazu - wady i zalety
Zalety | Ograniczenia |
---|---|
Sferyczna morfologia proszku | Wyższe początkowe koszty kapitałowe |
Kontrolowane rozkłady wielkości cząstek | Wymaga gazu obojętnego o wysokiej czystości |
Ma zastosowanie do wielu systemów stopów | Stopy ogniotrwałe trudne do rozpylenia |
Chemia i mikrostruktura czystego proszku | Może wystąpić erozja dyszy |
Szybkie hartowanie proszku zachowuje fazy metastabilne | Wymaga przegrzania stopionego materiału znacznie powyżej stanu ciekłego |
Ciągły proces produkcji proszku | Kształt proszku ogranicza zieloną wytrzymałość |
Kulisty kształt i drobne rozmiary proszku rozpylanego gazowo zapewniają wyraźne korzyści, ale wiążą się z wyższymi kosztami operacyjnymi w porównaniu z prostszymi procesami rozdrabniania mechanicznego.
Wybór proszku rozpylanego gazowo
Kluczowe aspekty przy wyborze proszku rozpylanego gazowo:
- Pożądany skład chemiczny i skład stopu
- Docelowy rozkład wielkości cząstek
- Odpowiednie zakresy gęstości pozornej i kranowej
- Limity tlenu i azotu podyktowane zastosowaniem
- Charakterystyka przepływu dla zautomatyzowanej obsługi proszków
- Procedury próbkowania zapewniające reprezentatywność
- Wiedza techniczna dostawcy i obsługa klienta
- Całkowity koszt
Testowanie prototypów pomaga zakwalifikować nowe stopy i proszki rozpylane gazowo do danego zastosowania. Ścisła współpraca z producentem proszku umożliwia optymalizację.
FAQ
Jaki jest najmniejszy rozmiar cząstek, jaki może wytworzyć atomizacja gazu?
Specjalistyczne dysze mogą wytwarzać proszek o wielkości jednocyfrowej do 1-5 mikronów. Ultradrobny proszek ma jednak bardzo niską gęstość pozorną i wykazuje silne międzycząsteczkowe siły Van der Waalsa, co wymaga ostrożnego obchodzenia się z nim.
Co powoduje powstawanie satelitów proszku podczas atomizacji gazu?
Satelity tworzą się, gdy krople są zbyt duże lub zderzają się i częściowo łączą przed całkowitym zestaleniem. Wyższe przegrzanie, niższe szybkości zalewania i zwiększona odległość separacji pomagają zmniejszyć liczbę satelitów.
Dlaczego do atomizacji gazu wymagany jest gaz obojętny o wysokiej czystości?
Strumienie gazu o dużej prędkości mogą z czasem powodować erozję metalu z dyszy i zanieczyszczenie proszku. Gazy reaktywne, takie jak azot i tlen, również negatywnie wpływają na czystość proszku i wydajność stopu.
Jak wypada atomizacja gazu w porównaniu z atomizacją wody?
Atomizacja wodna wytwarza bardziej nieregularny proszek o większych rozmiarach, zazwyczaj 50-150 mikronów. Atomizacja gazowa pozwala na uzyskanie drobniejszych rozmiarów do 10 mikronów z kulistymi morfologiami preferowanymi do prasowania i spiekania.
Czym jest atomizacja odśrodkowa?
W atomizacji odśrodkowej stopiony metal jest wlewany do wirującego dysku, który wyrzuca drobne kropelki stopionego metalu, które zestalają się w proszek. Metoda ta oferuje wyższe tempo produkcji niż atomizacja gazowa, ale ogranicza kontrolę nad rozmiarem i kształtem proszku.
Czy można szybko przełączać stopy podczas atomizacji gazowej?
Tak, dzięki specjalistycznemu sprzętowi strumień stopu można szybko zmienić w celu wytworzenia proszków kompozytowych i stopowych. Należy jednak zminimalizować zanieczyszczenie krzyżowe między stopami poprzez przedmuchiwanie komory.
Wnioski
Proces atomizacji gazowej wytwarza sferyczne, płynne proszki metaliczne o ściśle kontrolowanym rozkładzie wielkości cząstek, czystości i właściwościach mikrostrukturalnych optymalnych dla zaawansowanych procesów konsolidacji proszków w krytycznych zastosowaniach. Staranne manipulowanie parametrami procesu i wyspecjalizowane konstrukcje dysz umożliwiają szeroką kontrolę nad końcowymi właściwościami proszku. Dzięki ciągłemu rozwojowi, atomizacja gazowa zapewnia inżynierom większe możliwości produkcji wysokowydajnych komponentów na nowe, kreatywne sposoby.
Udostępnij
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
E-mail
MET3DP Technology Co., LTD jest wiodącym dostawcą rozwiązań w zakresie produkcji addytywnej z siedzibą w Qingdao w Chinach. Nasza firma specjalizuje się w sprzęcie do druku 3D i wysokowydajnych proszkach metali do zastosowań przemysłowych.
Zapytaj o najlepszą cenę i spersonalizowane rozwiązanie dla Twojej firmy!
Powiązane artykuły
Informacje o Met3DP
Odtwórz wideo
Ostatnia aktualizacja
Nasz produkt
KONTAKT
Masz pytania? Wyślij nam wiadomość teraz! Po otrzymaniu wiadomości obsłużymy Twoją prośbę całym zespołem.
![metalowe logo 3dp małe](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Proszki metali do druku 3D i produkcji addytywnej
PRODUKT
cONTACT INFO
- Miasto Qingdao, Shandong, Chiny
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731