Systemy atomizacji metali

Spis treści

Atomizacja metalu to proces produkcyjny, w którym metal jest przekształcany w proszek poprzez rozbicie stopionego metalu na małe kropelki. Proszek ten może być następnie wykorzystany do produkcji części metodami takimi jak formowanie wtryskowe metali, prasowanie izostatyczne na gorąco, produkcja addytywna i inne. Systemy atomizacji metali to sprzęt używany do przeprowadzenia tego procesu.

Przegląd systemów atomizacji metali

Systemy atomizacji metalu składają się z mechanizmów do topienia metalu, dostarczania stopionego metalu do obszaru atomizacji, rozbijania metalu na drobne kropelki i zbierania zestalonego proszku. Kluczowe komponenty obejmują piece, kadzie pośrednie, mechanizmy dostarczania, rozpylacze, komory chłodzenia, separatory cyklonowe, filtry workowe i systemy zbierania proszku.

Istnieją dwa główne typy systemów atomizacji:

  • Atomizacja gazowa - wykorzystuje gaz pod wysokim ciśnieniem do rozbicia strumienia stopionego metalu.
  • Atomizacja wodna - wykorzystuje wodę pod wysokim ciśnieniem do rozbijania stopionego metalu.

Atomizacja gazowa wytwarza średnio drobniejsze proszki, podczas gdy atomizacja wodna oferuje wyższe wskaźniki produkcji. Obie metody mogą osiągnąć dość wysoką wydajność w zależności od projektu i parametrów operacyjnych.

systemy atomizacji metali Skład

KomponentOpis
PiecTopi materiał metalowy do stanu ciekłego poprzez indukcję, spalanie itp. Typowe typy to piece indukcyjne, elektryczne piece łukowe.
TundishDziała jako zbiornik do przechowywania stopionego metalu po opuszczeniu pieca. Zapewnia ciągły przepływ metalu do systemu dostarczania.
System dostarczaniaPrzenosi stopiony metal z kadzi pośredniej do rozpylacza. Często używa lejka do nalewania, podgrzewanej płuczki lub dyszy ciśnieniowej.
AtomizerRozbija stopiony metal na kropelki za pomocą strumieni gazu lub wody. Różne konstrukcje i liczba dysz.
Sekcja chłodzeniaUmożliwia zestalenie się proszku po atomizacji przed jego zebraniem. Powietrze lub gaz obojętny używany jako czynnik chłodzący.
System separacjiWychwytuje drobne cząstki proszku, umożliwiając jednocześnie recyrkulację mediów chłodzących. Wykorzystuje cyklony, filtry workowe.
Kolekcja proszkówZbiera rozpylony proszek do pobrania. Często są to pojemniki bębnowe lub skrzynkowe, skrzynki rękawicowe lub przenośniki taśmowe prowadzące do pojemników.
systemy atomizacji metali

systemy atomizacji metali Rodzaje

Istnieje kilka popularnych konstrukcji rozpylaczy stosowanych w komercyjnej produkcji proszków metali:

Atomizery gazowe

  • Naddźwiękowy rozpylacz gazu - dysze Laval przyspieszają gaz obojętny do prędkości sonicznych.
  • Blisko sprzężony rozpylacz gazowy - wiele strumieni gazu uderzających w strumień stopionego metalu.
  • Atomizer ze swobodnym spadkiem gazu - strumień stopionego metalu swobodnie opada przez gaz obojętny o dużej prędkości.

Atomizery wodne

  • Ciśnieniowy rozpylacz wody - strumienie wody pod wysokim ciśnieniem uderzają w strumień stopionego metalu.
  • Obrotowy rozpylacz wody - Strumień stopionego metalu styka się z wirującymi strumieniami wody.
  • Zanurzony rozpylacz wodny - dysze wodne umieszczone pod powierzchnią strumienia stopionego metalu.

Atrybuty metalowego atomizera

AtrybutOpis
Rodzaj gazuGazy obojętne, takie jak azot, argon, stosowane w celu zapobiegania utlenianiu. Azot jest najbardziej ekonomiczny.
Ciśnienie wodyCiśnienie 30-150 MPa potrzebne do prawidłowego rozpylania metali.
Liczba dyszWiększa liczba dysz zwiększa rozpad metalu, ale może zmniejszyć wydajność. Około 4-8 dysz.
Układ odrzutowyOkrągłe lub prostokątne wzory strumieniowe pokrywające strumień metalu. Prostokątny, bardziej jednolity proszek.
Prędkość strumieniaWiększa prędkość gazu obojętnego pozwala uzyskać drobniejsze proszki. Optymalna prędkość gazu jest różna dla każdego metalu.
Wysokość spadkuWysokość, na jaką spada strumień stopionego metalu przed uderzeniem w dysze. Wpływa na rozkład wielkości cząstek.
Projektowanie przepływuPreferowany jest gładki, laminarny przepływ metalu, aby zapobiec wczesnemu rozpryskiwaniu się kropel.
Konstrukcja dyszyPrecyzyjnie obrobione dysze w rozpylaczach gazu mają kluczowe znaczenie dla wydajności.
Szybkość chłodzeniaSzybsze chłodzenie pozwala uzyskać drobniejsze proszki. Zależy od temperatury gazu/wody i komory.
Skuteczność separacjiWyższe współczynniki separacji zwiększają wydajność. Dobrze sprawdzają się cyklony samowzbudne.
Metoda zbierania danychSystemy zamknięte zapobiegają utlenianiu proszku. Zautomatyzowane przenośniki bębnowe są powszechne.

Charakterystyka proszków metali

Właściwości wytworzonego proszku metalowego zależą w dużej mierze od parametrów i warunków procesu atomizacji.

Atrybuty proszku

AtrybutTypowy zakres
Kształt cząsteczkiNieregularne, kuliste struktury satelitarne
Wielkość cząstek1 mikron do 1000 mikronów
Rozkład wielkości cząstekGaussowski, logarytmiczno-normalny
Gęstość pozornaOgólnie 30-80% gęstości rzeczywistej
Gęstość kranuOkoło 60-95% rzeczywistej gęstości
Natężenie przepływuRóżni się znacznie w zależności od kształtu, rozkładu wielkości
CzystośćZakres docelowy 93-99,5%
Zawartość tlenuZakres 300-3000 ppm
Zawartość azotuZakres 75-1500 ppm

Wpływ na właściwości części

Atrybut proszkuWpływ na części spiekane/drukowane
Wielkość cząstekDrobniejsze proszki zwiększają gęstość, zmniejszają pory
Rozkład wielkościSzersza dystrybucja zapewnia lepszą gęstość upakowania
Kształt cząsteczkiSferyczne cząstki mają lepszy przepływ i upakowanie
Gęstość pozornaWiększa gęstość zwiększa wytrzymałość zielonego materiału
Gęstość kranuWyższa gęstość zapewnia mniej pustek skurczowych po spiekaniu
CzystośćWyższa czystość redukuje defekty, takie jak wtrącenia
Zawartość tlenuPowyżej 3000 ppm może powodować problemy z porowatością.

Systemy atomizacji metali Zastosowania

Drobne proszki metaliczne wytwarzane w procesie atomizacji są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu do produkcji wysokowydajnych części.

PrzemysłPrzykłady zastosowań
MotoryzacjaKomponenty silnika, koła zębate, elementy złączne
Lotnictwo i kosmonautykaŁopatki turbin, elementy płatów
BiomedyczneImplanty ortopedyczne, narzędzia chirurgiczne
ElektronikaEkranowanie, złącza, styki
EnergiaCzęści do elektrowni jądrowych i turbin narażone na ekstremalne warunki pracy
Produkcja addytywnaDrukowane w 3D części końcowe we wszystkich branżach

Popularne systemy atomizacji metali

Wiele stopów jest rozpylanych do postaci proszku w celu produkcji części. Oto kilka popularnych rozpylanych metali i stopów:

MateriałKluczowe właściwości
Stopy tytanuWysoka wytrzymałość, niski współczynnik masy. Biokompatybilność.
Stopy nikluZachowuje właściwości w wysokich temperaturach. Odporność na korozję.
Stopy kobaltuBiokompatybilność. Właściwości odporności na zużycie.
Stale narzędzioweWysoki poziom twardości po obróbce cieplnej.
Stale nierdzewneDoskonała odporność na korozję.
Stopy aluminiumNiewielka waga. Dobra przewodność cieplna.
Stopy miedziWysoka przewodność cieplna i elektryczna.
Stopy magnetyczneWysoka przepuszczalność dla zastosowań magnetycznych.

Dostawcy i ceny proszków metali

Istnieje wielu renomowanych dostawców, którzy produkują i dystrybuują proszki metali na całym świecie. Ceny zależą od stopu, zakresu wielkości cząstek i zamawianej ilości.

DostawcaPrzedziały cenowe
AP&C$50 - $1500 za kg
Sandvik Osprey$100 - $2000 za kg
Produkty Carpenter Powder$75 - $1800 za kg
Praxair Surface Technologies$250 - $2500 za kg
Höganäs$45 - $1600 za kg
Granulki ECKA$80 - $1200 za kg

Stopy o wyższej wydajności lub dokładniejszej kontroli nad rozkładem wielkości proszku wymagają wyższych cen, podczas gdy bardziej powszechne metale i stopy są bardziej ekonomiczne przy dużych wolumenach produkcji.

Atomizacja metali a inne metody

MetodaZaletyOgraniczenia
Atomizacja metalu- Drobniejsze proszki
- Wyższa czystość
- Zakres stopów
- Wysokie koszty kapitałowe
- Wymaga znacznej wiedzy specjalistycznej w zakresie przetwarzania
Proces elektrolityczny- Bardzo drobne i czyste proszki- Ograniczone do stopów przewodzących
- Drogie
Zużycie mechaniczne- Prosty i niedrogi
- Szeroki zakres metali
- Niższa osiągalna dokładność
- Wyższe utlenianie
Wytrącanie chemiczne- Czyste proszki pierwiastkowe i stopowe- Kwestie aglomeracji proszku
- Potencjalne zanieczyszczenie
Natryskiwanie cieplne- Może produkować sferyczny proszek- Wtrącenia tlenkowe - szeroki rozkład wielkości

Atomizacja oferuje rozsądnie drobne i czyste proszki w szerokim zakresie stopów przy dobrej wielkości produkcji. Podczas pracy z drobnymi proszkami metalicznymi konieczne jest zachowanie środków ostrożności.

Kluczowe czynniki wpływające na wybór

Do ważnych czynników decydujących o wyborze systemu atomizacji metalu należą:

CzynnikOpis
Wskaźnik produkcjiWymagana wydajność proszku w kg/godz. Określa wydajność.
Docelowy rozmiar cząstekWymaga określonego stopnia rozdrobnienia, dystrybucji. Wpływa na wydajność, koszty.
Skład stopuWiększość systemów obsługuje różne stopy. Może mieć wpływ na wybór metody topienia, rozpylacza, ciśnienia gazu/wody.
Jakość produktuPoziomy czystości, limity odbioru tlenu, wymagania dotyczące spójności rozmiaru dyktują parametry.
Uwagi dotyczące obsługiPreferowana zamknięta obsługa proszku. Niektóre metale stanowią zagrożenie dla zdrowia.
Końcowe zastosowanie proszkuWymagania dotyczące właściwości części - gęstość/porowatość, płynność, współczynniki kształtu.
Koszty operacyjneNakłady użytkowe na topienie, gazy, wodę. Koszty pracy i konserwacji.
BezpieczeństwoZbiorniki ciśnieniowe do cieczy/gazów wymagają zgodności z określonymi przepisami.
Wpływ na środowiskoDotyczy to emisji gazów, zużycia wody i utylizacji.

Konieczne jest staranne określenie wymagań dotyczących przepustowości, wskaźników jakości, warunków pracy, parametrów bezpieczeństwa i kosztów w oparciu o wymagania dotyczące części końcowej.

systemy atomizacji metali Konserwacja

Właściwa konserwacja jest wymagana do utrzymania optymalnej wydajności urządzeń rozpylających.

KomponentDziałania konserwacyjneCzęstotliwość
PiecSprawdzić elementy ogniotrwałe i grzewcze. W razie potrzeby wymienić.6-12 miesięcy
DyszeSprawdzić otwory dysz pod kątem zużycia/zapchania.Miesięcznie
Filtry i przewody wodyRegularnie przepłukuj przewody i wymieniaj filtry.2-4 tygodnie
Przewody i zawory gazoweSprawdzić pod kątem wycieków, zatorów. Potwierdź ciśnienie.2-4 tygodnie
SeparatorySprawdzić stan medium filtracyjnego i uszczelek.4-6 miesięcy
Sterowniki i czujnikiSprawdź kalibrację. Przetestuj blokady i odpowiedzi.6-12 miesięcy
Kolektor proszkuSprawdzenie stanu pojemnika i uszczelek. Potwierdzenie poziomu gazu obojętnego w systemach zamkniętych.Miesięcznie
Wnętrze systemuCzysty pył metalowy na całej powierzchni. Częściej w pobliżu metalowych ścieżek strumieniowych.Miesięcznie

Szczegółowe monitorowanie sprzętu, konserwacja zapobiegawcza i predykcyjna minimalizują nieoczekiwane przerwy w produkcji.

systemy atomizacji metali

Najczęściej zadawane pytania

P: Jaki jest odpowiedni poziom automatyzacji i kontroli dla systemów atomizacji metali?

O: Wysoki stopień automatyzacji podawania materiału, monitorowania i kontroli procesu jest zalecany dla zapewnienia stałej produkcji proszku i bezpieczeństwa. Kluczowe zmienne procesowe, takie jak temperatura, ciśnienie, przepływ gazu, powinny mieć automatyczną kontrolę sprzężenia zwrotnego. Nadzór nad systemem, dostrajanie parametrów i ręczny tryb pracy są nadal rozsądne.

P: Jak określić, czy do danego zastosowania preferowana jest atomizacja gazowa czy wodna?

O: Atomizacja wodna oferuje znacznie wyższą przepustowość metalu w porównaniu do atomizacji gazowej. Atomizacja gazowa pozwala jednak uzyskać drobniejsze średnie rozmiary proszku odpowiednie dla części o mikrostrukturze. W przypadku typowych proszków MIM powyżej 15 mikronów, atomizacja wodna jest preferowana ze względów ekonomicznych.

P: Jakie środki bezpieczeństwa są zalecane podczas obsługi systemów rozpylania?

O: Właściwy sprzęt ochronny personelu do obsługi systemów wysokociśnieniowych i drobnych proszków jest obowiązkowy. Systemy atomizacji wody powinny być wyposażone w osłony przeciwbryzgowe. Zamknięta obsługa proszków w komorach rękawicowych z gazem obojętnym, zautomatyzowane kolektory proszków poprawiają bezpieczeństwo. Blokady, ograniczenia dostępu, wyłączniki awaryjne mają kluczowe znaczenie.

P: Co powoduje typowe problemy z produkcją proszku w procesie atomizacji?

O: Nieregularne rozmiary proszku i cząstki satelitarne często wynikają z niekontrolowanego przepływu strumienia metalu. Zanieczyszczenie może wynikać ze zużycia dyszy, zdegradowanych mediów filtracyjnych lub nieszczelności. Zanieczyszczenie komory i separatora w wyniku przepełnienia z czasem zmniejsza wydajność. Kluczowe znaczenie ma monitorowanie i optymalizacja parametrów przepływu.

P: Jaka wiedza specjalistyczna jest wymagana do skutecznej obsługi systemów atomizacji?

O: Podczas gdy automatyzacja sterowania zmniejsza obciążenie manualne, wyszkoleni inżynierowie metalurgii lub materiałoznawstwa zaznajomieni z produkcją proszków są idealni do nadzorowania sprzętu. Inżynierowie mechanicy i elektrycy są potrzebni do konserwacji i rozwiązywania problemów. Operatorzy powinni przejść odpowiednie szkolenie w zakresie obsługi proszków metali.

poznaj więcej procesów druku 3D

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

Pobierz Metal3DP
Broszura produktu

Pobierz najnowsze produkty i cennik