Sferyczny proszek: przegląd, rodzaje, cena

Przegląd

Sferyczny proszek odnosi się do proszków metalicznych lub ceramicznych o zaokrąglonej morfologii wytwarzanych w specjalistycznych procesach atomizacji. W porównaniu do nieregularnych cząstek proszku, proszki sferyczne oferują takie korzyści jak doskonała płynność, wyższa gęstość upakowania i zmniejszone tarcie wewnątrz cząstek. Dzięki temu idealnie nadają się do wymagających zastosowań przemysłowych wykorzystujących metalurgię proszków, natryskiwanie cieplne, produkcję dodatków do metali i obróbkę ceramiki.

Ten kompleksowy przewodnik obejmuje różne rodzaje proszków sferycznych, ich właściwości, metody produkcji, kluczowe zastosowania, specyfikacje, dostawców, procedury obsługi, konserwację sprzętu, kryteria wyboru dostawców, zalety i wady oraz odpowiedzi na często zadawane pytania.

Rodzaje Sferyczny proszek

Główne rodzaje proszku sferycznego oparte na materiale i metodzie produkcji obejmują:

Materiał

• Proszki metali - stal nierdzewna, stal narzędziowa, nadstopy, tytan, aluminium itp.
• Proszki ceramiczne - tlenek glinu, tlenek cyrkonu, krzemionka, węgliki, azotki itp.
• Proszki kompozytowe/stopowe - na bazie niklu, kobaltu, Fe itp.

Metoda produkcji

• Proszki rozpylane gazowo
• Proszki rozpylane plazmowo
• Elektrodowa atomizacja gazu topiącego indukcyjnie (EIGA)
• Proces elektrody rotacyjnej (REP)
• Proces plazmowej elektrody wirującej (PREP)
• Proszki do natryskiwania termicznego

Atomizacja gazowa jest najczęściej stosowanym procesem, ale metody takie jak PREP zapewniają lepszą sferyczność i gładką morfologię powierzchni. Metoda produkcji kontroluje końcową charakterystykę proszku.

Właściwości i zastosowania

Właściwości i typowe zastosowania głównych rodzajów proszków sferycznych:

Stal nierdzewna

• Wysoka twardość i odporność na korozję
• Zawory, pompy, urządzenia medyczne

Stal narzędziowa

• Doskonała odporność na zużycie
• Narzędzia tnące, matryce, stemple

Nadstopy

• Odporność na wysokie temperatury i naprężenia
• Łopatki turbin, komponenty lotnicze i kosmiczne

Tytan

• Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi
• Elementy złączne dla przemysłu lotniczego, implanty biomedyczne

Aluminium

• Lekkość, doskonała przewodność cieplna
• Części samochodowe, radiatory

Ceramika

• Wysoka twardość, odporność na zużycie i korozję
• Łożyska, uszczelki, powłoki pancerza

Sferyczna morfologia poprawia gęstość upakowania proszku i przepływ, a także właściwości materiału bazowego.

Metody produkcji

Powszechne metody produkcji proszków sferycznych:

Atomizacja gazu

• Stop metalu stopiony i rozpylony przez strumienie gazu obojętnego
• Niższy koszt inwestycji
• Zakres wielkości od 10 do 150 μm

Atomizacja plazmowa

• Wykorzystanie energii plazmy do topienia i atomizacji
• Drobniejszy proszek do 5 μm
• Wyższa czystość, bardziej kulisty kształt

EIGA

• Elektrody topione indukcyjnie w komorze atomizacji
• Szybkie krzepnięcie drobnych kropelek
• Kontrola nad rozmiarem, morfologią

PREP

• Elektroda obrotowa topiona przez palniki plazmowe
• Rozdrabnianie odśrodkowe na drobny proszek
• Gładki kulisty kształt

Natrysk termiczny

• Druty/pręty zasilające rozpylane gorącym gazem
• Stopy wzmocnione dyspersją tlenkową
• Bardziej szorstkie powierzchnie niż w przypadku innych metod

Specyfikacje

Typowe specyfikacje proszku sferycznego obejmują:

Parametr	Specyfikacja
Wielkość cząstek	10 - 150 μm
Kształt cząsteczki	Kulisty
Natężenie przepływu	25 - 35 s/50g
Gęstość pozorna	40 – 60%
Gęstość kranu	Teoretycznie do 90%
Tlenek powierzchniowy	< 1% wagowo
Gazy resztkowe	Zminimalizowane

Spełnienie wymagań dotyczących rozkładu wielkości, wysokiej sferyczności, gładkiej powierzchni i składu ma kluczowe znaczenie. Mniejsze rozmiary poprawiają gęstość, a większe zmniejszają koszty.

Rozważania projektowe

Kluczowe czynniki projektowe dla komponentów wykorzystujących kulisty proszek:

• Tolerancje wymiarowe - Uwzględnienie skurczu spiekania
• Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni - Minimalne przetwarzanie końcowe
• Właściwości mechaniczne - Dopasowanie materiału i procesu do wymaganych właściwości
• Koszty produkcji - Optymalizacja projektu części w celu zrównoważenia wydajności i kosztów
• Operacje dodatkowe - Unikanie dużych naddatków na obróbkę
• Wymagania dotyczące montażu - Projektowanie powierzchni łączących, elementów blokujących
• Zgodność z normami - Do zastosowań lotniczych, biomedycznych itp.

Swoboda projektowania możliwa dzięki zaawansowanym procesom produkcyjnym, takim jak produkcja addytywna, pozwala na bardziej zoptymalizowane projekty, które nie są możliwe w przypadku kutego metalu.

Procesy konsolidacji

Typowe procesy konsolidacji proszków odpowiednie dla proszków sferycznych:

• Produkcja addytywna - Selektywne topienie laserowe, topienie wiązką elektronów itp. zapewniają maksymalną elastyczność.
• Formowanie wtryskowe metali - Wysokonakładowa produkcja małych, złożonych części
• Prasowanie izostatyczne na zimno/gorąco - Produkuje części o kształcie siatki lub zbliżonym do siatki
• Prasowanie i spiekanie - Konwencjonalny proces metalurgii proszków łączący formowanie i spiekanie
• Natrysk termiczny - Osadza stopiony proszek na przygotowanym podłożu
• Metody oparte na zawiesinie - Odlewanie ślizgowe, odlewanie taśmowe, osadzanie elektroforetyczne itp. dla ceramiki

Sferyczny kształt poprawia upakowanie i przepływ proszku podczas przetwarzania, umożliwiając uzyskanie wysokiej gęstości i jednorodnych mikrostruktur.

Dostawcy i ceny

Do wiodących światowych dostawców proszków sferycznych należą:

Dostawca	Materiały	Zakres cen
Sandvik	Stale stopowe, stale nierdzewne	$50-200/kg
Carpenter Additive	Stale narzędziowe, nadstopy	$70-250/kg
Höganäs	Stale nierdzewne	$45-180/kg
Praxair	Tytan, nadstopy	$100-350/kg
Technologia LPW	Stopy aluminium, kompozyty	$60-220/kg

Ceny zależą od składu stopu, jakości, wielkości partii i ilości zakupu. Małe ilości badawczo-rozwojowe są droższe niż duże ilości produkcyjne.

Obsługa i przechowywanie

Wytyczne dotyczące bezpiecznego obchodzenia się i przechowywania proszki sferyczne:

• Szczelnie zamknięte pojemniki należy przechowywać w chłodnym, suchym i obojętnym miejscu, aby zapobiec utlenianiu i zanieczyszczeniu.
• Ograniczenie ekspozycji na wilgoć w celu uniknięcia aglomeracji proszku
• Używaj pojemników ze stali miękkiej lub plastiku zamiast aluminium, aby zapobiec reakcjom.
• Upewnij się, że pojemniki są odpowiednio uziemione, aby uniknąć gromadzenia się ładunków elektrostatycznych.

-Delikatne obchodzenie się z pojemnikami i proszkami, aby zapobiec uszkodzeniu cząstek podczas transportu i przenoszenia.

• Unikać iskier, płomieni, źródeł zapłonu w pobliżu miejsc przechowywania i przenoszenia.
• Zainstalować odpowiedni sprzęt wentylacyjny i odpylający
• Stosować odpowiednie środki ochrony indywidualnej do pracy z drobnymi proszkami - rękawice, maski oddechowe, ochrona oczu.

Odpowiednie procedury zapobiegają zmianom właściwości proszku, które mogą negatywnie wpływać na konsolidację i końcowe właściwości części.

Konserwacja sprzętu

Wskazówki dotyczące konserwacji kluczowych systemów transportu proszków:

Sita:

• Wymień uszkodzone siatki, aby uniknąć rozdarć i otworów.
• Regularne czyszczenie sit zapobiega ich zatykaniu się, co może prowadzić do uszkodzenia cząstek.
• Sprawdź ustawienia amplitudy i czasu wibracji, aby zapobiec stwardnieniu podczas pracy.

Hoppery i podajniki:

• Sprawdź porty wylotowe pod kątem nagromadzenia i usuń wszelkie materiały blokujące przepływ.
• Sprawdź, czy ustawienia podajnika odpowiadają właściwościom proszku, aby zapewnić niezawodny przepływ.
• Sprawdź, czy okładziny leja samowyładowczego nie są zużyte i wymień je, jeśli są uszkodzone.

Naczynia mieszające:

• Wymiana zużytych przegród i wzmacniaczy w celu uzyskania jednorodnego mieszania bez segregacji.
• Sprawdzić stan ostrza i naprawić/wymienić uszkodzone elementy.
• Sprawdź uszczelki i uszczelnienia, aby zapobiec wyciekom proszku podczas pracy.

Oprzyrządowanie:

• Monitorowanie dokładności wymiarów i naprawa/wymiana w razie potrzeby.
• Nakładanie smaru na prasy i matryce zgodnie z harmonogramem w celu zapewnienia łatwego uwalniania.
• Sprawdzić elementy grzewcze i regulatory temperatury w piecach.

Wybór Sferyczny proszek Dostawcy

Kluczowe czynniki przy wyborze dostawców:

• Wiedza techniczna w zakresie materiałów, procesów produkcyjnych, projektowania części itp. w celu wspierania klientów
• Zakres opcji proszku w tym różne materiały, rozmiary, morfologie i powłoki
• Rygorystyczne zapewnienie jakości obejmujące analizę chemiczną, inspekcję mikroskopową, kontrolę procesu itp.
• Zdolność produkcyjna terminowe spełnianie wymagań
• Oferowane usługi takie jak pobieranie próbek, prototypowanie, testowanie, analiza itp.
• Reputacja w branży za konsekwentne dostarczanie wysokiej jakości proszków
• Certyfikaty takich jak ISO 9001, AS9100, ISO 13485 itp.
• Konkurencyjne ceny w połączeniu z usługami o wartości dodanej i obsługą klienta
• Możliwości w zakresie wysyłki i logistyki terminowa dostawa z minimalnym czasem realizacji

Właściwy partner zapewnia zarówno sferyczne proszki dostosowane do potrzeb, jak i wiedzę techniczną zapewniającą sukces.

Zalety a ograniczenia

Zalety

• Doskonały przepływ proszku i gęstość upakowania
• Poprawiona gęstość i mikrostruktura spieku
• Zmniejszone naprężenia wewnętrzne podczas zagęszczania
• Umożliwia wytwarzanie złożonych geometrii
• Stałe właściwości metalurgiczne
• Dobre wykończenie powierzchni części spiekanych

Ograniczenia

• Droższy niż nieregularny proszek
• Wymagają zaawansowanych technik produkcji
• Ograniczone rozmiary dostępne dla bardzo drobnych proszków
• Kontrolowanie rozkładu wielkości cząstek może być trudne
• Niektóre materiały są trudne do rozpylenia na sferyczny proszek

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są główne zalety stosowania proszku sferycznego?

Główne korzyści to doskonała płynność ułatwiająca obsługę, wysoka gęstość upakowania poprawiająca zagęszczanie, niższe tarcie międzycząsteczkowe umożliwiające złożone geometrie i spójne właściwości metalurgiczne.

Które materiały są powszechnie dostępne w postaci sferycznego proszku?

Typowe materiały obejmują stale nierdzewne, stale narzędziowe, nadstopy, stopy tytanu, stopy aluminium, stopy na bazie niklu i proszki ceramiczne.

Jakie branże zazwyczaj wykorzystują proszek sferyczny?

Kluczowe branże obejmują przemysł lotniczy, medyczny, motoryzacyjny, obronny, energetyczny, elektroniczny i przemysłowy.

Jaki jest typowy zakres rozmiarów dla proszków sferycznych?

Konwencjonalne proszki sferyczne rozpylane gazowo mają wielkość od około 10 do 150 mikronów. Specjalistyczne techniki mogą wytwarzać proszki sferyczne w skali od submikronowej do nano.

O ile droższy jest proszek sferyczny w porównaniu z proszkiem nieregularnym?

Premia za sferyczny kształt wynosi zazwyczaj 20-50% w porównaniu z nieregularnymi proszkami. Jednak korzyści często uzasadniają wyższy koszt w przypadku krytycznych zastosowań.

Wnioski

Mają charakterystyczny zaokrąglony kształt i gładką powierzchnię, proszki sferyczne zapewniają wyższą gęstość i lepszy przepływ w porównaniu do nieregularnych proszków. Ich spójna charakterystyka cząstek zapewnia doskonałą ściśliwość, zwartość i spiekalność w szerokim zakresie metali i ceramiki. Ciągły rozwój procesów atomizacji sprawia, że proszki sferyczne są dostępne w szerszej gamie materiałów i rozmiarów niż kiedykolwiek wcześniej. Projektowanie części i optymalizacja procesu w celu pełnego wykorzystania korzyści płynących z zastosowania proszku sferycznego może zapewnić wysoką wydajność części przy niskich kosztach.

poznaj więcej procesów druku 3D