Атомизированные металлические порошки относятся к металлическим материалам, таким как алюминий, титан, никель, железо или сплавы, которые были измельчены в мелкий сферический порошок в процессе распыления. Они отличаются высокой чистотой, постоянным размером частиц и морфологией порошка, идеально подходящей для таких промышленных применений, как литье металлов под давлением (MIM) и аддитивное производство.

В этом руководстве рассматриваются различные типы распыляемых металлических порошков, методы производства, основные свойства и характеристики, технические спецификации, ценовые оценки, сведения о поставщиках, а также плюсы, минусы и часто задаваемые вопросы при работе с точно разработанными распыляемыми металлическими порошками в 3D-печати, литье под давлением и других процессах изготовления.

Виды Распыляемый металлический порошок

Распространенные цветные металлы и сплавы, доступные в виде распыляемых сферических порошков, включают:

Материал	Сплавы	Характеристики
Алюминий	6061, 7075, 2024, 7050,	Легкий вес, умеренная прочность
Титан	Ti-6Al-4V, Ti 6Al-7Nb	Оптимизированное соотношение прочности и веса
Никель	Инконель 718, Инвар 36, Ковар	Варианты с термо/коррозионной стойкостью
Нержавеющая сталь	316L, 430F, 17-4PH	Устойчивость к ржавчине, высокая твердость.
Медь	C11000, латунь, бронза	Высокая тепло- и электропроводность

С помощью легирующих смесей можно регулировать свойства по коррозионной стойкости, твердости, прочности, пластичности, рабочей температуре и другим параметрам.

Методы производства

Метод	Описание процесса	Размер и морфология частиц	Преимущества	Недостатки	Приложения
Распыление воды	Расплавленный металл подается через сопло под высоким давлением и разбивается на мелкие капли высокоскоростной струей воды. Капли быстро застывают в контакте с охлаждающей водой, образуя порошок.	5 мкм - 2 мм; неправильной формы, часто с дендритными структурами	- Самая низкая стоимость среди методов распыления - Высокая производительность - Подходит для широкого спектра металлов	- Характеристики порошка могут быть менее однородными - Более грубая обработка поверхности частиц - Возможность окисления под воздействием воды	- Недорогие компоненты - Подшипники - Шестерни - Фильтры
Газовая атомизация	Расплавленный металл подается через сопло под высоким давлением в среду инертного газа (обычно аргона или азота). Высокоскоростной поток газа разбивает металл на мелкие капли, которые быстро застывают из-за быстрого охлаждения.	10 мкм - 1 мм; гладкие, сферические формы	- Получение высококачественных сферических порошков - Постоянное распределение частиц по размерам - Минимальное окисление	- Более высокая стоимость по сравнению с распылением воды - Ограниченный диапазон металлов, пригодных для процесса	- Аддитивное производство (3D-печать) - Высокопроизводительные компоненты - Аэрокосмические детали - Медицинские имплантаты
Центробежное распыление	Расплавленный металл находится в быстро вращающейся форме. Центробежная сила выбрасывает расплавленный металл наружу к периферии формы, где он разбивается на капли под действием высоких сил сдвига. Затем капли застывают в контролируемой атмосфере.	10 мкм - 150 мкм; обычно сферические, но могут иметь неправильную форму	- Получение тонких порошков - Подходит для реактивных металлов - Минимальное загрязнение	- Более низкая производительность по сравнению с другими методами - Может быть сложным процессом для контроля	- Порошки для литья металлов под давлением (MIM) - Электронные компоненты - Наплавочные материалы
Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)	Расходуемый электрод (обычно стержень или диск) вращается на высокой скорости и расплавляется плазменной горелкой. Центробежная сила выбрасывает капли расплавленного металла наружу, которые быстро застывают в среде инертного газа, образуя порошок.	10 мкм - 100 мкм; высокая сферичность и чистота	- Получение высокочистых сферических порошков - Превосходно подходит для реактивных металлов - Строгий контроль над распределением частиц по размерам	- Очень высокая стоимость - Ограниченные производственные возможности	- Высокопроизводительные аэрокосмические компоненты - Лопасти турбин - Медицинские имплантаты

Свойства распыленных металлических порошков

Преимущества этих металлических микросфер точной формы и размера:

Недвижимость	Характеристики	Преимущества
Контролируемый размер частиц	Большая часть порошка в узком диапазоне 5-45 микрон	Оптимизированный поток и упаковка для равномерного спекания
Высокая сферичность	Шарики порошка имеют очень круглую форму с гладкой поверхностью	Улучшает конечную плотность и качество обработки поверхности
Последовательная химия	Точно рассчитанные сплавы в процессе производства	Надежные характеристики материала от партии к партии
Высокая чистота	Инертная обработка без загрязнения	Необходим для создания биосовместимых имплантатов и электроники
Модифицированные поверхности	Можно добавлять покрытия или смазки	Улучшает подачу порошка и снижает риск образования налета

Эти порошки представляют собой идеальное сырье, сформированное с помощью передовых технологий производства, которые позволяют использовать новые технологии изготовления, меняющие промышленное производство во всех отраслях благодаря повышенной точности.

Применение Распыляемые металлические порошки

Основные области применения прецизионных сферических металлических порошков:

Промышленность	Приложения	Преимущества
Аддитивное производство	3D-печатные детали для аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности	Превосходная текучесть благодаря механизмам распределения и повторного нанесения мелкодисперсного порошка
Литье металлов под давлением	Небольшие серии сложных деталей для беспилотников, роботов, турбин	Высокая чистота и постоянный химический состав обеспечивают надежную работу материала
Электронная упаковка	Цепи, датчики, разъемы	Спеченные пористые структуры способствуют миниатюризации и позволяют внедрять функциональные материалы
Термическое напыление	Защитные антикоррозийные покрытия для мостов, трубопроводов	Плотные покрытия с оптимизированной для склеивания морфологией частиц
Порошковая металлургия	Самосмазывающиеся подшипники, фильтры, магниты	Изготовление сетчатых и почти сетчатых форм упрощает производственные операции

Прецизионная технология распыления порошков в сочетании со специальными технологическими знаниями открывает возможности для инновационного производства в этих ключевых отраслях.

Технические характеристики

Стандарт	Определения	Общие ценности
ASTM B214	Анализ сит для определения верхнего предельного содержания частиц	-325 меш = менее 45 микрон
ASTM B822	Кажущаяся плотность г/см3	Около 35-50% в виде рассыпчатой пудры
ASTM B964	Скорость потока секунда/50 г	Диапазон 15 - 25 секунд
ASTM F3049	Содержание химических включений максимальные пределы ppm	Fe 300 ppm, O 1500 ppm, N 100 ppm

Международные спецификации помогают установить единые базовые показатели, определяющие приемлемое качество и чистоту материала для обеспечения надлежащих характеристик порошка на этапах загрузки и спекания в различных технологиях производства.

Поставщики и ценообразование

Металл	Типовые применения	Авторитетные поставщики (глобальные)	Диапазон цен (USD за килограмм)	Ключевые соображения
Алюминий (Al)	- Аддитивное производство - Термическое напыление - Литье металлов под давлением (MIM)	- Хёганас АБ (Швеция) - AP Powder Company (США) - AMETEK Inc. (США)	$1 – $10	- Чистота (влияет на проводимость и реакционную способность) - Размер и распределение частиц (влияет (влияет) на текучесть и плотность упаковки) - Морфология поверхности (влияет на производительность в AM)
Титан (Ti)	- Аэрокосмические детали (например, лопатки турбин) - Биомедицинские имплантаты - Высокопроизводительные спортивные товары	- ATI (Allegheny Technologies Incorporated) (США) - BHP (Broken Hill Proprietory) (Австралия) - POLEMA (Германия)	$50 – $300	- Марка (коммерчески чистая, легированная) - Содержание кислорода (критично для некоторых применений) - Минимальное количество заказа (MOQ) может быть высоким
Никель (Ni)	- Электронные компоненты (например, конденсаторы) - Катализаторы - Электроды аккумулятора	- AMI Metals (Великобритания) - Sumitomo Metal Industries (Япония) - Китайская группа по добыче цветных металлов (Китай)	$10 – $200	- Химический состав (наличие примесей) - Текучесть (важна для обработки) - Страна происхождения (может влиять на сроки выполнения заказа и нормативные требования)
Железо (Fe)	- Компоненты, изготовленные методом порошковой металлургии (например, зубчатые колеса) - Сварочные материалы - Фрикционные материалы (например, тормозные колодки)	- Hoeganaes AB (Швеция) - Хёганес Бельгия НВ (Бельгия) - GKN Powder Metallurgy (Германия)	$1 – $5	- Кажущаяся плотность - Сжимаемость (влияет на свойства конечной детали) - Снижение содержания оксидов (улучшает производительность)
Кобальт (Co)	- Наплавка сплавов - Режущие инструменты - Магнитные компоненты	- Хёганас АБ (Швеция) - Компания Hunan Shunkang Technology Co. (Китай - Sandvik AB (Швеция)	$150 – $300	- Распределение частиц по размерам (влияет (влияет) на упаковку и спекание) - Сферичность (влияет (влияет) на текучесть) - Содержание влаги (может влиять на обработку)
Медь (Cu)	- Электрические проводники - Теплоотводы - Паяльные сплавы	- AMETEK Inc. (США) - Корпорация Carpenter Technology (США) - JX Nippon Mining & Metals Corporation (Япония)	$5 – $20	- Содержание кислорода (может влиять на проводимость) - Площадь поверхности (влияет (влияет) на реактивность) - Морфология (влияет (влияет) на плотность упаковки)

Плюсы и минусы

Плюсы	Cons
Превосходный морфологический контроль благодаря передовым методам производства	Потенциально высокие цены на материалы, особенно на сплавы, изготовленные по индивидуальному заказу
Открывает новые технологии изготовления деталей, такие как струйное нанесение связующего и аддитивная печать DED	Ограниченный объем производства по сравнению с традиционным производством металла, таким как литье и ковка
Упрощает операции по переработке благодаря высокой чистоте и текучести	Требуется опыт обращения и меры предосторожности для предотвращения риска окисления
Расширяет ассортимент сплавов, предназначенных для решения сложных задач	Нестабильность цепочки поставок: нишевые производители балансируют между небольшими партиями
Позволяет создавать сложные геометрические фигуры, невозможные при использовании субтрактивных технологий	Для достижения конечных свойств материала часто требуется последующая обработка

Точный контроль над формой, размером, распределением и химическим составом порошка дает огромные преимущества, но при этом необходимо учитывать особенности обращения и обработки.

Ограничения и соображения

Аспект	Ограничение/рассмотрение	Воздействие	Стратегии смягчения последствий
Характеристики частиц	Распределение частиц по размерам: Широкий гранулометрический состав может привести к неравномерной плотности упаковки и повлиять на свойства конечного продукта.	Несоответствующие характеристики материала, возможность возникновения дефектов.	Используйте методы классификации для получения более узкого диапазона размеров. Оптимизируйте параметры распыления для лучшего контроля.
	Морфология частиц: Неправильные или несферические частицы могут препятствовать текучести и эффективности упаковки.	Пониженная текучесть порошка, трудности с достижением высокой плотности упаковки.	Внедряйте процессы формования, такие как газовое распыление, для получения более сферических форм. Оптимизируйте параметры распыления, чтобы минимизировать фрагментацию частиц.
	Площадь поверхности: Высокая площадь поверхности за счет мелких частиц может увеличить реакционную способность и восприимчивость к окислению.	Поглощение влаги, сокращение срока хранения порошка, возможность разрушения материала.	Поддерживайте сухие, инертные условия хранения. Применяйте меры по контролю влажности при обращении. Рассмотрите возможность использования кислородопоглотителей в контейнерах для хранения.
Свойства материала	Окисление: Быстрое охлаждение при распылении может привести к захвату оксидов внутри частиц или образованию оксидного слоя на поверхности.	Пониженная пластичность, измененные механические свойства, возможность образования внутренних дефектов.	Используйте распыление в инертном газе, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода. Применяйте методы последующей обработки, например раскисление, для удаления окислов.
	Остаточная пористость: Внутренние пустоты внутри частиц могут повлиять на прочность и усталостную прочность.	Снижение механических характеристик, возможность образования трещин.	Оптимизируйте параметры распыления, чтобы минимизировать количество удерживаемого газа. Используйте методы консолидации, такие как горячее изостатическое прессование (HIP), чтобы закрыть пористость.
	Микроструктура: Быстрое затвердевание может привести к образованию неравновесных микроструктур с потенциально вредными последствиями.	Снижение прочности, вязкости и коррозионной стойкости.	Контролируйте скорость охлаждения при распылении для получения желаемых микроструктурных особенностей. Применяйте методы постобработки, например отжиг, для улучшения микроструктуры.
Обработка и переработка	Текучесть: Плохая текучесть может препятствовать эффективной подаче порошка в процессах аддитивного производства.	Непостоянное осаждение порошка, возможность нарушения технологического процесса.	Используйте улучшители текучести или смазочные материалы. Оптимизируйте размер и форму частиц для улучшения текучести.
	Безопасность: Мелкие металлические порошки могут быть легковоспламеняющимися или взрывоопасными при определенных условиях.	Опасность пожара или взрыва при обращении и хранении.	Выполняйте надлежащие процедуры обращения, включая надлежащее заземление и вентиляцию. Храните порошки в безопасном месте, вдали от источников тепла и источников возгорания.
	Воздействие на окружающую среду: При производстве и обработке металлических порошков может образовываться пыль и потенциальные загрязнители окружающей среды.	Проблемы загрязнения воздуха и воды.	Применяйте системы сбора пыли во время распыления. Используйте замкнутые системы обработки порошка для минимизации воздействия на окружающую среду.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос	Отвечать
В чем основное преимущество перед металлическим порошком, распыляемым водой?	Более точный контроль формы и распределения частиц по размерам
Какова типичная насыпная плотность?	В зависимости от сплава и размера частиц обычно составляет около 2-4 г/куб. см.
В чем измеряется скорость потока?	Сек/50 г дает представление о морфологическом течении порошка через оборудование
Какие методы определения размера частиц используются?	Лазерные дифракционные анализаторы размера частиц в жидких суспензиях
Как проверяется химия?	Методы ICP-OES или GDMS, используемые для подтверждения элементного состава
Имеет ли порошок неограниченный срок годности?	Обычно более 5 лет, если хранить в герметичной упаковке от кислорода/влаги, повторный тест через 2-3 года
Какая осторожность необходима при обращении?	Перчаточные боксы с инертной средой для титана, соответствующие СИЗ для других реактивных металлов
Каковы общие области применения?	В настоящее время ведущее место занимают MIM, струйное нанесение связующего и DED AM.

Правильные процессы обработки и тестирования в сочетании с соответствующими требованиями заказчика будут способствовать дальнейшему внедрению технологии распыления при производстве металлических деталей.

Заключение

Передовые технологии, необходимые для массового производства точно разработанных металлических микросфер, открывают огромные возможности для производства в различных отраслях промышленности. Используя такие процессы, как газовое распыление, для контроля критических характеристик порошка, таких как распределение частиц по размерам, форма, чистота и химический состав, инженеры могут использовать все преимущества новых технологий, таких как аддитивное производство, для упрощения производственных процессов. А специализированные варианты сплавов расширяют возможности конструкции для работы в сложных условиях температуры, давления и едких веществ. В сочетании с уменьшением количества отходов по сравнению с процессами механической обработки и упрощением логистики за счет увеличения срока хранения металлических порошков инновационные компании только начинают использовать этот потенциал за счет увеличения инвестиций в НИОКР с учетом потребностей применения. Однако правильное обращение с реактивными элементарными порошками и соблюдение техники безопасности остаются обязательными. По мере того как аддитивное производство продолжает развиваться и переходит к полномасштабному сертифицированному производству в аэрокосмической отрасли, медицинской имплантации и автомобильной промышленности, ожидается, что технология точного распыления будет играть решающую роль в поставках сырья, что позволит ведущим производителям получить доступ к индивидуальным, квалифицированным сплавам.

узнать больше о процессах 3D-печати