Газовое распыление металлического порошка

Обзор металлический порошок, распыляемый газом

Металлический порошок, распыляемый газом, относится к металлическим твердым материалам, получаемым путем распыления расплавленного сплава струями инертного газа с высокой скоростью. Это позволяет получить сферическую морфологию, идеально подходящую для аддитивного производства, литья металлов под давлением и других применений.

Особенности распыления газа:

• Отличный контроль над формой и распределением частиц по размерам
• Применяется для реактивных сплавов, включая титан, алюминий
• Обеспечивает исходный материал высокой чистоты для передовых процессов
• Порошки, предназначенные для горячего изостатического прессования и термообработки
• Обеспечивает точную повторяемость характеристик порошка

Продолжайте читать, чтобы узнать о вариантах состава, качестве частиц, областях применения и технических характеристиках порошков, распыляемых газом.

Сплав Типы распыляемого газом металлического порошка

Различные сплавы распыляются газом в тонкие сферические порошки:

Категория сплава	Материалы	Композиции
Нержавеющие стали	304, 316, 17-4PH, 303, 410	Fe/Cr/Ni + микроэлементы
Инструментальные стали	H13, M2, M4	Карбиды Fe + V, Mo, W
Кобальтовые сплавы	CoCr, CoCrW, CoCrMo	Co/Cr + вольфрам/молибден
Никелевые сплавы	Инконель 625 и 718	Ni/Cr/Fe/Mo
Титановые сплавы	Ti-6Al-4V, Ti-6242	Ti/Al/V/Sn/Zr/Mo

Таблица 1: Обзор систем сплавов, коммерчески доступных в порошке, распыляемом газом

Специальное аддитивное производство и промышленные сплавы для аэрокосмической/биомедицинской отрасли могут иметь минимальные объемы заказов или сроки изготовления.

Характеристики порошка

Типичные характеристики частиц, получаемых при распылении в инертном газе:

Характеристика	Подробности	Значение
Форма частиц	Высокая сферичность	Улучшает текучесть порошка и плотность упаковки
Диапазон размеров	От 10 мкм до 150 мкм	Контролируемое распределение, оптимизированное для конечного использования
Состав	Легирование поддерживается в пределах ± 0,5 wt%	Сохраняет механические свойства
Чистота	Достигается до 99,9%	Уменьшает количество загрязнений и включений
Поверхностные оксиды	Пассивирующий слой толщиной <50 нм	Сохраняет отличную способность к переработке порошка

Таблица 2: Обзор качества частиц в металлических порошках, распыляемых газом

Точные свойства, воспроизводимые в соответствии с требованиями сертификации в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и промышленной отраслях.

Производственный процесс

• Типичные этапы распыления инертного газа:

1. Индукционная или дуговая плавка образует расплав сплава под защитным покровным газом
2. Инертный газ высокой чистоты (Ar или N2), подаваемый через специальные сопла
3. Расплавленный поток разбивается на мелкие капли, быстро охлаждающиеся в порошок
4. Порошки оседают в расположенных ниже бункерах.
5. Классификация через сито для нормализации распределения
6. Упаковывается и отправляется клиентам в защитной атмосфере

• Критические параметры процесса:
  • Конструкция сопла - регулирует распределение частиц по размерам
  • Давление газа - влияет на скорость движения частиц и скорость охлаждения
  • Скорость заливки расплава - влияет на форму распределения размеров
• Окружающая среда (вакуум или контролируемая атмосфера) зависит от реакционной способности

Применение металлический порошок, распыляемый газом

Приложение	Преимущества	Примеры
Аддитивное производство	Высокая плотность деталей благодаря отличной подаче и упаковке порошка	Аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты
Литье металлов под давлением	Хорошая формуемость при изготовлении небольших замысловатых форм	Лопатки турбины, компоненты сопла
Термические напыляемые покрытия	Плотные покрытия от ударов деформируемых частиц	Износостойкие поверхности
Паяльные пасты	Стыковка сложных геометрических форм	Теплообменники, электрические контакты
Горячее изостатическое прессование	Минимизация проблем с закрытием при использовании сферических частиц	Консолидация литых лопаток турбин
Предшественники термической обработки	Настраиваемая зерновая структура	Сплавы для упрочнения осаждением

Таблица 3: Обзор областей применения, в которых используются качества металлических порошков, распыляемых газом

Постоянство и чистота, обеспечиваемые газовой атомизацией, подходят для самых современных процессов производства металлических порошков, где повторяемость имеет решающее значение.

Технические характеристики металлический порошок, распыляемый газом

Порошки, распыляемые газом, проходят проверку на соответствие различным стандартным спецификациям:

Стандарт	Описание
ASTM B214	Проверка с помощью оптической микроскопии на однородность и отсутствие сателлитов
AMS 7008	Спецификация аэрокосмических материалов, включая метод распыления в инертном газе
ASTM F3049	Стандартное руководство по определению характеристик металлических порошков для AM
ASTM F3056	Спецификация порошков никелевых сплавов для аддитивного производства
ISO 21818	Спецификация на нержавеющие стали производственных марок DMLS/SLM

Таблица 4: Промышленные стандарты, обычно применяемые к порошкам, распыляемым в инертном газе

Надежные производители предоставят полную сертификационную документацию и результаты испытаний каждой партии порошка для подтверждения соответствия требованиям.

Поставщики и ценообразование

Поставщик	Материалы	Ориентировочное ценообразование
Sandvik Osprey	Сплавы титана, сплавы никеля, инструментальные стали	$100+ за кг
Столярная присадка	Нержавеющие стали, кобальтовые сплавы, Cu	$50 - $150 за кг
Praxair	Сплавы титана, сплавы алюминия, порошки кремния	$100+ за кг
Технология LPW	Инструментальные стали, нержавеющие стали, инконели	$50 - $500 за кг
Решения SLM	Разработка сплавов на заказ	$250+ за кг

Таблица 5: Выбор компаний, поставляющих металлические порошки с газовым распылением, с указанием примерных цен

Большинство поставщиков предлагают стандартные сплавы с 2-4-недельным сроком поставки в небольших количествах. Индивидуальные рецептуры и оптимизация уникальных частиц также возможны при работе напрямую с поставщиками газовых распылителей.

Плюсы и минусы по сравнению с альтернативами

Параметр	Газовая атомизация	Распыление воды	Плазменное распыление
Морфология частиц	Высокая сферичность	Более неправильные сфероиды	Преимущественно сферическая
Распределение частиц по размерам	Плотное распределение, адаптируемость	Более широкое распространение	Плотное распределение
Совместимые сплавы	Большинство коммерческих сплавов	Ограниченные сплавы	Широкий ассортимент, включая реактивные металлы
Стоимость за кг	Умеренный $50-150 за кг	Нижний $20-100 за кг	Высший $150-500 за кг
Показатели производительности	Производительность до 10 000 кг в день	Очень высокая >50 000 кг в день	<1 000 кг в день

Таблица 6: Сравнение газового распыления с альтернативными методами производства порошка

Газовое распыление обеспечивает оптимальный баланс между возможностями и экономичностью, позволяя получать объемы порошка, пригодные для коммерческого производства.

Ограничения

• Минимальные объемы партий требуют использования материала весом более 100 кг, чтобы оправдать установку машины
• Ограниченная возможность экономичного распыления сплавов с высокой температурой плавления, таких как вольфрам
• Порошки не такие сферические, как при плазменном распылении, и содержат некоторые спутники
• Толщина оксида немного больше, чем у альтернативных вариантов вакуумной плазмы
• Высокие первоначальные капитальные затраты - около $1-5 миллионов для системы "под ключ
• Требуется улучшенная обработка/хранение порошка по сравнению с первичными материалами

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: В чем преимущество порошка, распыляемого газом, перед первичными материалами для производства деталей?

О: Порошки, распыляемые газом, обеспечивают превосходное постоянство и повторяемость. Разработка морфологии порошка и структуры зерен с самого начала позволяет создавать зрелые процессы, производящие сертифицированные компоненты, отвечающие самым высоким промышленным требованиям в аэрокосмической и медицинской отраслях.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при работе с порошками, распыляемыми газом?

О: Поскольку тонкие металлические материалы склонны к окислению, рекомендуется использовать инертные протоколы хранения и обращения. Они включают в себя перчаточные боксы с аргоновым наполнителем, контролирующие влажность, и использование работниками средств индивидуальной защиты для минимизации риска взрыва, вдыхания или загрязнения. Не допускайте контакта с водой или органическими соединениями. Специальное строительство помещений не обязательно, хотя могут применяться местные правила.

Вопрос: Какой уровень повторяемости можно ожидать от партии к партии при использовании порошков, распыляемых газом?

О: Авторитетные производители гарантируют распределение порошка в пределах ±10% между партиями. Незначительные отклонения все же требуют повторной оптимизации в качестве стандартной практики даже от одного и того же поставщика порошка, если допустимые допуски компонентов жесткие. Сертификаты анализа подтверждают согласованность.

Вопрос: Как долго неиспользованные порошки, распыляемые газом, могут оставаться жизнеспособными при хранении?

О: Лучше всего хранить порошок в защитном аргоне в герметичных контейнерах, избегая перепадов температур. Если порошки хранятся при температуре ниже 30°C и относительной влажности воздуха 50% с минимальным содержанием кислорода и влаги, они хранятся в перчаточном боксе в течение многих месяцев, прежде чем потребуются циклы обновления, чтобы сохранить текучесть и свойства повторного использования.

В: Какую техническую поддержку предоставляют поставщики порошков для квалификации и сертификации деталей?

О: У надежных поставщиков есть специалисты по материаловедению и валидации, которые дают рекомендации по применению и взаимодействуют с покупателями деталей в процессе тестирования для сертификации порошков. Они хотят продемонстрировать повторяемость, соответствующую регулируемым стандартам, чтобы расширить применение материалов в более сложных областях. От любого известного поставщика ожидайте подробной документации и протоколов.

узнать больше о процессах 3D-печати