Rozpylane proszki metali: zastosowania, specyfikacje i porównania

Rozpylone proszki metali Metody produkcji, takie jak wytwarzanie addytywne i natryskiwanie cieplne, wymagają materiału wsadowego o dostosowanych rozmiarach cząstek, kształtach i właściwościach metalurgicznych. Niniejszy przewodnik zawiera przegląd procesów produkcyjnych, specyfikacje, odpowiednie metale, zastosowania, wybór dostawców i alternatywy dla komercyjnych rozpylanych proszków.

Rozpylone proszki metali Przegląd

Atomizacja przekształca strumienie stopionego metalu w drobne kuliste kropelki, które szybko schładzają się do postaci proszku. Kluczowe atrybuty w porównaniu z alternatywami, takimi jak wytrącanie chemiczne, obejmują:

• Kontrolowany rozkład wielkości cząstek od 10 mikronów do 300+ mikronów
• Zdolność do przetwarzania stopów reaktywnych w atmosferze gazu obojętnego
• Szybkie krzepnięcie wytwarzające drobniejsze mikrostruktury
• Niższe poziomy zanieczyszczeń tlenem i azotem
• Opłacalność dzięki wysokiej wydajności proszku ukierunkowanej na 50%+
• Możliwość dostosowania do większości komercyjnych metali i stopów

Zrozumienie dostępnych metod produkcji, specyfikacji, zastosowań i ekonomii umożliwia właściwe wykorzystanie zalet i ograniczeń atomizacji przy wyborze proszków metali.

Metody rozpylania proszków metali

Skala przemysłowa wymaga atomizacji za pomocą gazu, wody lub procesów odśrodkowych:

Tabela 1. Techniki atomizacji na skalę komercyjną do produkcji proszków metali wraz z cechami wyjściowymi

Każda technika zapewnia unikalne korzyści w zakresie wymiarowania cząstek, wydajności proszku, szybkości hartowania i kompatybilności w szerokim zakresie metali.

Metale i stopy kompatybilne z atomizacją

Atomizacja umożliwia przetwarzanie większości komercyjnych metali i stopów, w tym:

• Stopy tytanu zawierające aluminium i wanad
• Nadstopy, takie jak Inconel na bazie niklu i Haynes na bazie kobaltu
• Metale wysokotemperaturowe, takie jak molibden, wolfram i tantal
• Pierwiastki reaktywne, takie jak chrom i mangan
• Metale szlachetne, w tym złoto, srebro i platyna
• Metale ogniotrwałe: niob, cyrkon i hafn
• Popularne odmiany austenitycznych stali nierdzewnych 316L i 304L

Silna reaktywność chemiczna w stanie stopionym ogranicza możliwość zastosowania niektórych metali elementarnych, takich jak czysty mangan lub chrom. Jednak łączenie w stopy łagodzi wady reaktywności dzięki kompatybilności z atomizacją - jest to zaleta w porównaniu z innymi metodami produkcji proszków.

Charakterystyka i właściwości Rozpylane proszki metali

Atomizacja pozwala uzyskać proszki metali o właściwościach dostosowanych do potrzeb procesu produkcyjnego:

Rozkłady wielkości cząstek

• Możliwość dostrajania w zakresie od 10 mikronów do 1 mm, z możliwością podziału na precyzyjne frakcje

Kształt cząsteczki

• Przeważnie sferyczne morfologie, zwłaszcza przy atomizacji w gazie obojętnym

Porowatość wewnętrzna

• Szybkie krzepnięcie i obojętne przetwarzanie minimalizuje uwięzione gazy tworzące puste przestrzenie

Czystość chemiczna

• 99%+ osiągalne dla materiałów rozpylanych gazem obojętnym. Rozpylanie wody nieco mniej.

Tlenek powierzchniowy

• Rozpylanie wody powoduje 5-15 razy większe zanieczyszczenie powierzchni tlenem w porównaniu z obojętnymi środkami rozpylania.

Fazy mikrostrukturalne

• Zaokrąglone dzięki szybkiemu hartowaniu w porównaniu do odpowiedników odlewanych wlewków

Zdolność optymalizacji wielkości cząstek i parametrów kształtu przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej czystości chemicznej i korzystnych mikrostruktur nadaje rozpylonym proszkom metali zastosowanie w produkcji addytywnej, gdzie takie cechy mają decydujący wpływ na powodzenie procesu i końcową wydajność części.

Specyfikacje rozmiaru proszku metalu z atomizacji

Partie rozpylonego proszku metalowego klasyfikuje się na podstawie rozkładu wielkości cząstek. Typowe rozmiary sit obejmują:

Tabela 2. Kategorie wielkości cząstek dla sklasyfikowanych rozpylonych proszków metali dostosowane do zgodności procesu produkcyjnego

Większość opatentowanych systemów rozpylania ma na celu uzyskanie 50%+ proszku zebranego zgodnie ze specyfikacjami klasy produkcyjnej po oddzieleniu przez przesiewanie frakcji nadwymiarowych i niewymiarowych zawracanych z powrotem do strumienia stopionego procesu.

Specyfikacje branżowe dla rozpylanych proszków metali

Różne stowarzyszenia utrzymują normy dotyczące składu, właściwości chemicznych i fizycznych dla komercyjnych proszków metali, w tym:

Tabela 3. Grupy handlowe oferujące specyfikacje mające zastosowanie do przesiewanych chemikaliów i wskaźników proszkowych przydatnych do zapewnienia jakości rozpylanych materiałów.

Dodatkowo, poszczególni producenci dostarczają wąsko zakrojone specyfikacje obejmujące unikalne stopy lub cechy specjalne, takie jak maksymalne progi tlenu lub azotu krytyczne dla przetwarzania stopów reaktywnych.

Przegląd zakresów certyfikacji zapewnia, że normy odpowiednio obejmują okna składu wymagane przez kupującego, akceptowalne właściwości proszku, takie jak natężenie przepływu w hali i poziomy czystości chemicznej odpowiadające zarówno możliwościom atomizacji, jak i późniejszym wymaganiom procesu produkcyjnego.

Aplikacje i zastosowania rozpylonego proszku metalu

Oferując podstawowy surowiec do produkcji przemysłowej, kluczowe zastosowania proszków metali obejmują:

Wytwarzanie przyrostowe

• Komponenty lotnicze - łopatki turbin, profile lotnicze
• Implanty medyczne - protezy bioder, kolan i zębów
• Oprzyrządowanie - Lekkie formy wtryskowe z tworzywa sztucznego chłodzone konformalnie
• Reaktory chemiczne - strukturyzowane nośniki katalizatorów o dużej powierzchni

Natrysk termiczny

• Powłoki antykorozyjne dla przemysłu naftowego i gazowego - narzędzia wiertnicze
• Powierzchnie rolki drukującej odporne na ścieranie
• Chromowane zamienne powierzchnie samochodowe
• Formy do szkła architektonicznego o wysokim uwalnianiu i niskim tarciu

Metalurgia proszków

• Przekładnie samochodowe i komponenty silnika
• Magnesy trwałe w silnikach i czujnikach
• Diamentowe wkładki narzędziowe i narzędzia skrawające
• Styki elektryczne wykorzystujące przewodność właściwą

Podstawowe surowce służą do wszelkich zastosowań wymagających połączonej chemii i wyrafinowanej tekstury proszku zdolnej do konsolidacji w geometrie do zastosowań końcowych.

Producenci i sprzedawcy rozpylanych proszków metali

Wiodący światowi dostawcy zapewniający możliwości atomizacji dla rynków medycznych, lotniczych i przemysłowych to m.in:

Tabela 4. Znani producenci oferujący produkcję rozpylonego proszku metalu w różnych technologiach procesowych

Drugorzędni pośrednicy również dystrybuują proszki, ale najlepszą praktyką jest zaopatrywanie się bezpośrednio w młynach, zapewniając identyfikowalność partii i eliminując pośrednie ryzyko związane z jakością, zanieczyszczające materiały między głównymi producentami a producentami części końcowych.

Ceny za Rozpylane proszki metali

Ceny różnią się w zależności od składu, rozkładu wielkości cząstek, wielkości produkcji i jakości:

Stopy niszowe wytwarzane w małych partiach wymagają wyższych cen kompensujących zmiany pieca. Metale towarowe, takie jak stal nierdzewna przetwarzana w dużych ilościach, oferują najniższe koszty. Jednak kupujący weryfikują uczciwą wartość względną, porównując wynikający z tego wzrost wydajności z wykorzystaniem w komponentach końcowych.

Plusy i minusy rozpylonego proszku metalowego

Zalety rozpylonych proszków metali:

• Kontrolowane rozkłady wielkości cząstek przy komercyjnym tempie produkcji
• Sferyczna morfologia proszku z procesów z gazem obojętnym
• Szybkie krzepnięcie i obojętne przetwarzanie zapewniają czystość chemiczną
• Dostosowuje się do szerokiej gamy specjalistycznych surowców stopowych

Ograniczenia do rozważenia:

• 10-100-krotny wzrost kosztów surowca w porównaniu z formami produktów kutych
• Ograniczona elastyczność na żądanie przy długim czasie realizacji zamówienia
• Należy zwrócić uwagę, aby nie przesadzić z jakością proszku lub kosztami balonu.

Prawidłowe zestawienie korzyści z ograniczeniami pomaga uniknąć nadmiernych wydatków tylko po to, aby korzystać z modnych technologii, które nie przynoszą żadnej znaczącej wartości dla klienta.

Porównanie z innymi metodami produkcji proszków metali

Kompromisy między popularnymi metodami produkcji proszków metali:

Tabela 5. Jakościowe porównanie komercyjnych metod produkcji proszków metali

Podczas produkcji znacznych ilości przy zoptymalizowanej charakterystyce proszku, atomizacja wymaga premii cenowych, które mogą ograniczyć przyjęcie w branżach wrażliwych na koszty, takich jak motoryzacja.

Często zadawane pytania

P: Jaki jest główny cel atomizacji proszków metali?

O: Precyzyjna kontrola wielkości cząstek i parametrów kształtu, które w innych technikach są losowe, aby spełnić surowe wymagania procesów wytwarzania przyrostowego.

P: Czy proszki metali z recyklingu zachowują swoje pierwotne właściwości?

O: Tak, czynniki takie jak pobieranie tlenu i fazy mikrostrukturalne w dużej mierze pozostają niezmienione, co pozwala na ponowne użycie w celu uzupełnienia pierwotnych proszków produkcyjnych.

P: Czy atomizacja gazowa pozwala uzyskać proszek o rozmiarze poniżej 10 mikronów?

O: Możliwa jest bardzo drobna dystrybucja poniżej 5 mikronów, ale przy bardzo niskiej wydajności nie jest to ekonomiczne dla komercyjnego zastosowania w produkcji dodatków, ponieważ powierzchnia napędza reaktywność.

P: Jakie branże wykorzystują rozpylane części metalowe?

O: Przemysł lotniczy, medyczny, motoryzacyjny i naftowo-gazowy wykorzystują dostosowane stopy i mikrostruktury wytwarzane dzięki unikalności procesu atomizacji.

poznaj więcej procesów druku 3D