Введение в распыляемые порошки

Атомизированный порошок - это тип порошка металла или сплава, изготовленного методом распыления, при котором расплавленный металл превращается в мелкие капли, застывающие в порошковые частицы. Этот метод производства порошка позволяет точно контролировать такие характеристики порошка, как размер, форма и состав частиц.

Atomiзелёные порошки стали важным материалом в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, медицинская, 3D-печать и других, благодаря своим уникальным свойствам и возможностям. В этой статье представлено полное руководство по распыляемому порошку, включая обзор вариантов состава, ключевых свойств, методов производства, областей применения, спецификаций, критериев выбора, основных мировых поставщиков и часто задаваемых вопросов.

распыляемые порошки Состав

Атомизированный порошок может быть произведен из различных металлов и сплавов с индивидуальным составом для достижения желаемых характеристик материала. Распространенные базовые материалы, используемые для производства распыляемого порошка, включают:

Легирующие элементы добавляются для достижения повышенной прочности, твердости, износостойкости, высокотемпературных характеристик и других целевых свойств материала в конечных распыленных частицах порошка.

Наиболее распространенные марки сплавов, используемых для распыления порошка, включают нержавеющие стали, инструментальные стали, никелевые суперсплавы, титановые сплавы, алюминиевые сплавы и кобальтовые сплавы. Конкретные названия сплавов и стандартизированные составы рассматриваются далее в разделе технических характеристик.

Свойства распыленного порошка

По сравнению с обычными металлическими порошками, распыляемые порошки обладают превосходными качествами благодаря точному производственному контролю над критическими характеристиками частиц:

Эти улучшенные характеристики порошка напрямую влияют на качество и стабильность конечной детали при использовании 3D-печати металлов методом распыления или процессов формования с применением порошковой металлургии:

• Улучшенные механические свойства - Повышенная плотность и оптимизированный химический состав сплава
• Повышенная точность - Постоянный размер частиц способствует равномерному распределению слоя
• Снижение пористости - Сферическая морфология обеспечивает лучшую упаковку с меньшим количеством пустот
• Превосходная обработка поверхности - Более равномерное распределение порошка, меньшее загрязнение
• Повышенная точность размеров - Постоянная усадка и деформации

Благодаря точному контролю над производством порошка распыление дает значительные преимущества перед менее контролируемыми аналогами, такими как порошки, распыляемые газом, плазмой, электролитические порошки и порошки из губчатого железа, когда важна производительность.

Методы производства атомизированных порошков

Существует два основных способа производства распыленных порошков металлов и сплавов на специализированном оборудовании:

Процесс газовой атомизации

Инертный газ, например азот или аргон, используется для превращения тонкой струи расплавленного металла в мелкодисперсные капли. По мере охлаждения и перемещения в башенной камере капли застывают, превращаясь в сферические частицы порошка, собранные на дне. Это наиболее распространенный метод распыления, позволяющий производить экономически эффективные коммерческие объемы.

Типичные характеристики порошка, распыляемого газом:

• Размер частиц ~20-150 микрон
• Сферичность формы средних частиц
• Умеренные скорости охлаждения изменяют структуру зерна сплава
• Объемы партий свыше 100 кг

Процесс распыления воды

С помощью струй воды под высоким давлением поток расплавленного металла разбивается на мелкие капли, которые при контакте быстро превращаются в твердые частицы. Это позволяет получить наиболее сферическую морфологию порошка, но является более дорогостоящим.

Типичные характеристики порошка, распыляемого водой:

• Размер частиц ~10-100 микрон
• Очень сферическая форма частиц
• Ускоренное охлаждение изменяет металлургию и повышает однородность сплава
• Более низкие объемы производства на партию

С точки зрения возможностей, газовое распыление лучше подходит для больших объемов, в то время как водяное распыление обеспечивает превосходное качество, несмотря на более высокую стоимость. Диапазон размеров частиц также смещается в меньшую сторону при распылении водой, что позволяет печатать на порошковом слое с более тонким разрешением.

Области применения распыляемого порошка

Благодаря улучшенной консистенции и свойствам распыляемые порошки используются в основных высокопроизводительных методах производства:

В частности, для металлических добавок, распыляемые порошки соответствуют самым строгим требованиям в отношении растекаемости порошка, слияния частиц, металлургической консистенции и механических характеристик конечной детали. Ведущие поставщики порошков тесно сотрудничают с OEM-производителями 3D-принтеров, чтобы адаптировать сплавы и характеристики частиц специально для нужд печати.

Технические характеристики распыляемого порошка

Распыляемые порошки для коммерческого использования должны соответствовать стандартам сертификации по химическому составу, гранулометрическому составу, форме и характеристикам текучести. Основные спецификации порошков включают:

Эти испытания для определения характеристик порошка обеспечивают согласованность между партиями и помогают количественно оценить технологичность. Возможны индивидуальные спецификации для таких атрибутов, как распределение частиц по размерам и целевые химические составы сплавов.

Обычные стандартизированные марки сплавов, используемые для распыляемых порошков, включают в себя:

Нержавеющие стали

• 316L, 304L, 17-4PH, 420

Инструментальные стали

• H13, M2, M4

Суперсплавы:

• Инконель 625, 718, MP1

Титановые сплавы:

• Ti6Al4V

Алюминиевые сплавы

• AlSi10Mg

Кобальтовый хром

• CoCrMo

Для таких ответственных применений, как турбомашины и медицинские имплантаты, предлагаются специальные варианты распыляемых порошков, например, распыляемые плазмой никелевые суперсплавы и титановые сплавы со сверхмелкими частицами размером до 15 микрон.

Критерии выбора распыляемого порошка

Выбор подходящего распыляемого порошка зависит от требований производственного процесса и желаемых свойств конечной детали:

Подбор порошка включает в себя согласование диапазонов размеров и фракций порошка с оптимальными техническими характеристиками оборудования, а также учет факторов, влияющих на качество конечной детали, таких как примеси, поведение при растекании, текучесть сплава, микроструктура и многое другое.

Мировые поставщики распыляемого порошка

Ведущие международные поставщики, известные своими высококачественными порошками металлических сплавов, распыляемыми газом и водой, включают в себя:

Эти ведущие производители металлических порошков предлагают широкий выбор материалов, включая нержавеющие стали, низколегированные стали, инструментальные стали, суперсплавы и алюминиевые сплавы, отвечающие потребностям промышленного производства. Предлагаются как стандартные сплавы, так и услуги по разработке сплавов на заказ.

Помимо крупных корпораций, сервисные бюро и контрактные производители специализированных металлов для 3D-печати также выпускают нишевые марки сплавов, точно настроенные на производительность печати. Цены варьируются в зависимости от объемов закупок, экзотических составов, выходящих за рамки стандартных марок, и дополнительных требований к характеристикам порошка.

Вопросы и ответы

В чем разница между порошками, распыляемыми газом и водой?

• Газовое распыление более экономично, обеспечивает большие объемы и умеренную форму частиц. Водяное распыление обеспечивает превосходную сферичность порошка и скорость охлаждения, несмотря на более высокую цену.

В чем преимущества распыляемого порошка перед другими методами производства металлических порошков?

• Ключевыми преимуществами являются точные характеристики частиц, такие как контроль размера, постоянство формы, однородность сплава и чистота, что способствует повышению технологичности и производительности.

Что такое плазменное распыление и чем оно отличается?

• При плазменном распылении используется горячий ионизированный газ, обеспечивающий более тонкий контроль и меньший размер частиц. Однако производительность ниже, а стоимость намного выше по сравнению со стандартным газовым распылением.

На что влияет гранулометрический состав распыляемого порошка?

• Более плотное распределение повышает плотность слоя порошка и обеспечивает равномерное плавление. Однако некоторая доля мелких частиц также способствует удобству печати. Оптимальные смеси соответствуют конкретным настройкам принтера.

Как определить, для чего нужны порошки, распыляемые газом или водой?

• Требования к компонентам, касающиеся точности, качества обработки поверхности, консистенции и свойств сплава, определяют выбор. Для большинства применений порошок, распыляемый газом умеренной мощности, обладает достаточными характеристиками при лучшей экономичности.

Каково типичное время выполнения заказа на приобретение распыляемых порошков?

• Заказные порошки, распыляемые газом, занимают ~8-12 недель при объеме заказа более 1000 кг. Небольшие партии ~100 кг специальных сплавов могут быть поставлены в течение 4-6 недель.

Насколько чувствительны цены на распыляемый порошок к стоимости сырья?

• Цены на базовые легирующие элементы составляют 40-60% от общей стоимости порошка для обычных марок нержавеющей и инструментальной стали. Более специализированные суперсплавы менее волатильны.

Каков типичный срок хранения запечатанных распыляемых порошков?

• В продуваемых азотом контейнерах, хранящихся в сухом и прохладном месте, порошки, распыляемые газом, служат более 1 года, в то время как порошки, распыляемые водой, остаются стабильными в течение ~6 месяцев до повторной регенерации.

Распыляемые порошки, полученные с помощью специализированных процессов газового или водяного распыления, позволяют изменить качество материала и его характеристики для технологий присадки металлов, порошковой металлургии, термического распыления и других технологий производства на основе порошков с жесткими требованиями к химическому составу и характеристикам частиц.

узнать больше о процессах 3D-печати