atomizacja gazowa proszku metalu

Atomizacja gazowa proszku metalu odnosi się do metody przetwarzania materiałów w celu wytworzenia drobnych sferycznych proszków metali do zastosowań takich jak formowanie wtryskowe metali (MIM), produkcja addytywna, prasowanie i spiekanie, powłoki natryskiwane termicznie, metalurgia proszków i inne.

W atomizacji gazowej stopione stopy metali są rozbijane na kropelki za pomocą strumieni gazu obojętnego pod wysokim ciśnieniem. Kropelki szybko zestalają się w proszek, uzyskując wysoce sferyczne morfologie idealne do procesów konsolidacji proszków.

Niniejszy przewodnik obejmuje składy proszków metali rozpylanych gazowo, charakterystykę, zastosowania, specyfikacje, metody produkcji, dostawców, zalety i wady oraz najczęściej zadawane pytania.

Skład proszków metali rozpylanych gazowo

Różne metale i stopy o dostosowanych właściwościach chemicznych są rozpylane na proszki:

Materiał	Przegląd składu	Popularne stopy
Stal nierdzewna	Fe-Cr + Ni/Mn/Mo	304, 316, 410, 420
Stal narzędziowa	Stopy Fe-Cr-C + W/V/Mo	H13, M2, P20
Stop aluminium	Al + Cu/Mg/Mn/Si	2024, 6061, 7075
Stop tytanu	Stopy Ti + Al/V	Ti-6Al-4V
Stop niklu	Stopy Ni + Cr/Fe/Mo	Inconel 625, 718
Stop miedzi	Cu + Sn/Zn/stopy	Mosiądz, brąz

Te proszki metali oferują określone właściwości mechaniczne, termiczne, elektryczne i inne właściwości fizyczne na potrzeby produkcji.

Charakterystyka atomizacja gazowa proszku metalu

Oprócz składu chemicznego, właściwości takie jak rozmiar cząstek, kształt, gęstość i mikrostruktura decydują o wydajności:

Atrybut	Opis	Rozważania
Rozkład wielkości cząstek	Zakres/rozkład średnic	Wpływ na minimalną rozdzielczość funkcji, wydajność pakowania
Morfologia cząstek	Kształt/struktura powierzchni proszku	Zaokrąglone, gładkie cząsteczki zapewniają najlepszy przepływ i obsługę
Gęstość pozorna	Waga na objętość, w tym puste przestrzenie międzycząsteczkowe	Wpływa na kompaktowość i grupowanie
Gęstość kranu	Gęstość osiadła po gwintowaniu mechanicznym	Odnosi się do łatwości zagęszczania złoża proszku
Chemia powierzchni	Tlenki powierzchniowe, gazy resztkowe lub wilgoć	Wpływa na stabilność i konsystencję proszku
Mikrostruktura	Wielkość ziarna/rozkład faz	Określa właściwości takie jak twardość, plastyczność po konsolidacji

Te wzajemnie powiązane aspekty są zrównoważone pod kątem potrzeb.

Zastosowania proszku metalowego z atomizacją gazową

Konsekwentne wprowadzanie materiału i możliwości kształtowania siatki wspierają różnorodne zastosowania:

Przemysł	Zastosowania	Przykłady komponentów
Produkcja addytywna	Surowce do druku 3D	Płaty lotnicze, implanty medyczne
Formowanie wtryskowe metali	Małe, skomplikowane części metalowe	Dysze, koła zębate, elementy złączne
Prasowanie i spiekanie	Produkcja komponentów P/M	Strukturalne części samochodowe, komponenty wojskowe/do broni palnej
Natrysk termiczny	Powłoki powierzchniowe	Nakładki przeciwzużyciowe i antykorozyjne
Metalurgia proszków	Łożyska Oilite, tuleje samosmarujące	Elementy zużywające się o porowatej strukturze

Atomizacja gazowa zapewnia unikalny dostęp do dostosowywania mikrostruktur i chemikaliów dostosowanych do potrzeb związanych z wydajnością końcową.

Specyfikacje

Typowe zakresy nominalne są specyficzne dla danego zastosowania:

Parametr	Typowy zakres	Metoda badania
Rozkład wielkości cząstek	10 - 250 μm	Dyfrakcja laserowa, sito
Kształt cząsteczki	>85% sferyczny	Mikroskopia
Gęstość pozorna	2 - 5 g/cm3	Przepływomierz Halla
Gęstość kranu	3 - 8 g/cm3	Stukający wolumetr
Gazy resztkowe	< 1000 ppm	Analiza gazu obojętnego
Zawartość tlenków na powierzchni	< 1000 ppm	Analiza gazu obojętnego

Ściślejsze krzywe dystrybucji zapewniają niezawodne działanie w kolejnych procesach.

Przegląd produkcji z atomizacją gazu

1. Ładowanie pieca indukcyjnego surowcami, takimi jak wlewki metalowe, odpady złomu
2. Materiał stopiony; skład chemiczny i temperatura próbki
3. Wtłaczanie strumienia stopionego metalu do dysz rozpylacza gazowego z bliskim sprzężeniem zwrotnym
4. Kształt gładkich strumieni ciekłego metalu
5. Strumienie gazu obojętnego o dużej prędkości (N2, Ar) rozbijają strumień na kropelki.
6. Kropelki metalu szybko zestalają się w proszek ~100-800 μm
7. Klasyfikacja termiczna frakcji gruboziarnistych za pomocą separatorów cyklonowych
8. Zbieranie drobnych proszków w systemie zbierania i pojemnikach
9. Klasyfikacja sitowa na frakcje wielkościowe według potrzeb
10. Pakowanie/składowanie materiału z obojętną zasypką

Precyzyjna kontrola wszystkich aspektów tego procesu jest kluczem do spójności.

atomizacja gazowa proszku metalu Dostawcy

Wielu wiodących światowych producentów materiałów oferuje produkcję z wykorzystaniem atomizacji gazu:

Dostawca	Materiały	Opis
Sandvik	Stale narzędziowe, stale nierdzewne, superstopy	Szeroki zakres stopów rozpylanych gazowo
Technologia Carpenter	Stale narzędziowe, stale nierdzewne, stopy specjalne	Dostępne stopy niestandardowe
Höganäs	Stale narzędziowe, stale nierdzewne	Światowy lider w dziedzinie atomizacji
Praxair	Stopy tytanu, nadstopy	Niezawodny dostawca materiałów precyzyjnych
Osprey Metals	Stal nierdzewna, nadstopy	Koncentracja na stopach reaktywnych i egzotycznych

Ceny ilościowe zależą od warunków rynkowych, czasu realizacji, opłat za materiały egzotyczne i innych czynników handlowych.

Kompromisy przy rozważaniu rozpylania proszku metalu za pomocą gazu

Plusy:

• Spójna morfologia sferyczna
• Wąski rozkład wielkości cząstek
• Znana i jednolita chemia wejściowa
• Kontrolowana, czysta mikrostruktura materiału
• Idealna charakterystyka przepływu dla osadzania AM
• Umożliwia stosowanie cienkich ścianek/skomplikowanych geometrii

Wady:

• Wymaga znacznej początkowej infrastruktury kapitałowej
• Ograniczona dostępność stopu a atomizacja wodna
• Specjalna obsługa zapobiegająca zanieczyszczeniu
• Koszty wyższe niż w przypadku metod alternatywnych przy wielkości produkcji
• Niższa wydajność niż w przypadku alternatywnych procesów
• Ograniczona wydajność dla bardzo drobnych cząstek

W krytycznych zastosowaniach proszek rozpylany gazowo zapewnia wyjątkowe korzyści związane z konsystencją i wydajnością.

Często zadawane pytania

Jaka jest kluczowa różnica między atomizacją gazu i wody?

Atomizacja gazowa opiera się wyłącznie na strumieniach gazu obojętnego w celu rozpadu stopionego metalu na proszek, podczas gdy atomizacja wodna wykorzystuje strumienie wody oddziałujące ze strumieniami gazu, zapewniając szybsze chłodzenie, ale bardziej nieregularny proszek.

Jaki jest najwęższy osiągalny rozkład wielkości cząstek?

Specjalistyczne dysze, strojenie i etapy klasyfikatora umożliwiają rozkład wielkości cząstek do D10: 20 μm, D50: 30 μm, D90: 44 μm dla atomizacji gazu. Wciąż opracowywane są jeszcze węższe zakresy.

Jak małe mogą być dysze do atomizacji gazu?

Rozmiary otworów dysz do 0,5 mm zostały opracowane do produkcji partii mniejszych niż 1 kg na godzinę. Chociaż klasyfikacja proszków typu free-fall pozostaje wyzwaniem poniżej wielkości 20 μm.

Co wpływa na konsystencję poszczególnych partii proszku?

Kontrola nad składem, czystością, profilami temperaturowymi, ciśnieniem gazu, warunkami atomizacji oraz obsługą i przechowywaniem proszku przyczyniają się do powtarzalności. Ścisła kontrola procesu jest niezbędna.

Jaka jest typowa wydajność proszku w stosunku do masy początkowej?

W przypadku popularnych stopów i zakresów rozmiarów, procent wydajności zwykle wynosi 50-85% w zależności od pożądanych szerokości dystrybucji i dopuszczalnych frakcji. Drobniejsze rozkłady mają niższą wydajność.

poznaj więcej procesów druku 3D