Оборудование для распыления газа

газовое распылительное оборудование позволяет получать тонкие сферические металлические порошки с контролируемым распределением частиц по размерам, что очень важно для металлообработки AM, термического напыления, MIM и других применений порошковой металлургии. В данном руководстве рассматриваются принципы процесса, типы распылителей, компоненты системы, рабочие параметры, производители и сравнительная оценка.

газовое распылительное оборудование Обзор процесса

Газовое распыление использует кинетическую энергию высокоскоростных газовых струй для дезинтеграции потоков расплавленного металла на мелкие капли, быстро застывающие в порошок:

Принцип	Разбиение металлической струи на мелкие капли при набегании газа
Типы газа	Азот, аргон
Типы металлов	Сплавы никеля, железа, кобальта
Весы	Лабораторные, пилотные, промышленные
Атрибуты порошка	Контролируемая PSD, высокая сферичность, однородность химического состава поверхности
Размеры частиц	От 3 микрон до 120 микрон
Продукция	Порошки сплавов, основные сплавы
Промышленность	Металл AM, MIM, покрытия

Порошки, распыляемые газом, обеспечивают точный контроль свойств, но требуют больших капиталовложений по сравнению с другими методами распыления.

газовое распылительное оборудование Типы

атомайзер	Подробности
Близко расположенные	Интеграция сопла и газа позволяет получать очень тонкие 20-микронные порошки
Свободное падение	Поток расплавленного металла падает через газовую камеру для работы без опоры
Роторный	Надежная обработка высоколегированных сталей с помощью вращающихся металлических заливочных труб

Новые разработки

Многосопловое кластерное распыление и центробежные распылители повышают производительность. Ультразвуковое распыление и электродные индукционные газовые распылители упрощают производство свободно падающего порошка.

Компоненты системы

Основные модули комплексных промышленных систем распыления газа включают в себя:

Компонент	Роль
Плавильная печь	Индукционная плавка металлов до состояния перегрева
Узел форсунки	Контролирует впрыск потока расплавленного металла в газовую камеру
Газовый контроль	Регулирует тип газа, давление и динамику потока
Застывание капель	Быстрое охлаждение превращает капли в порошок
Система сбора	Просеивание разделяет порошок по размеру частиц
Baghouse	Улавливает ультратонкие затвердевшие частицы из выхлопных газов
Переработка	Повторное введение неиспользованного газа и частиц избыточного размера

Точный контроль и тесно интегрированная обратная связь между вышеуказанными модулями являются критически важными для обеспечения стабильности качества порошка.

Параметры процесса

Параметр	Типовой диапазон	Воздействие
Температура металла	30-100°C перегрев	Текучесть, окисление поверхности
Размер отверстия форсунки	2 мм - 6 мм	Размер капель, динамика потока
Тип газа	N2, Ar	Скорость охлаждения, химия поверхности
Давление газа	5-15 барг	Распределение частиц по размерам
Расход газа	0,1-3 м3/мин	Эффективность распыления и выход
Высота падения	2-10m	Время застывания и характеристики порошка

Взаимозависимые отношения между этими параметрами требуют эмпирической оптимизации с использованием вычислительных моделей для достижения требований к порошкам.

газовое распылительное оборудование Поставщики

Компания	Диапазон производительности	Смета расходов
AP&C	10 кг/час - 300 кг/час	$750,000-$4 млн.
PSI	25 кг/час - 500 кг/час	$950,000-$6 млн.
Gasbarre	50 кг/час - 1000 кг/час	$1,2 млн - $8 млн
Группа Бюлер	500 кг/час - 35 000 кг/час	$6 миллион+

Более крупные масштабы производства влекут за собой экспоненциально более высокие цены. Требуется значительная разработка под заказ.

Сравнительная оценка

	Атомайзер с закрытым соединением	Атомайзер свободного падения
Инвестиционные затраты	Высокая	Средний
Комплексность	Высокая - Интегрированная конструкция сопла и газа	Средний - разделенные компоненты
Техническое обслуживание	Сложная задача - обработка всего судна	Проще - модульные детали
Производительность при работе с мелкими порошками	Выше	Средний
Гибкость материала	Средний - Ограничен риском засорения форсунок	Высокая - открытая архитектура
Мониторинг процессов	Обеспечивается жесткий контроль процесса	Больше полагается на характеристику

Основные выводы

• Прецизионное создание частиц при широкой гибкости делает газовое распыление мощным, но дорогостоящим методом
• Интегрированное моделирование и мониторинг позволяют получать качественные порошки с узкими техническими характеристиками
• Масштабируемость остается ключевым ограничением для малых, средних и крупных газовых распылителей

Вопросы и ответы

Вопрос: Какие размеры систем газового распыления лучше всего подходят для металлических порошков AM?

О: Настольные лабораторные распылители с производительностью 1-5 кг/час подходят для исследований и разработок. Для коммерческого металлического AM-производства используются распылители с производительностью 50-200 кг/час, которые обеспечивают баланс между производительностью, стоимостью и качеством порошка.

Вопрос: Какое давление газа обычно используется при распылении?

О: В большинстве случаев распыление газа происходит при давлении 5-12 барг. Более высокое давление способствует получению более тонких порошков, но требует более тяжелых сосудов. Аргон обеспечивает более быстрый отвод тепла, чем азот.

Вопрос: Насколько малым может быть размер частиц газового распылителя?

О: Передовые распылители с близко расположенными соплами продемонстрировали стабильное производство металлических порошков размером 15-20 микрон при сохранении приемлемого процента выхода.

Вопрос: Какие металлы не подходят для газовой атомизации?

О: Высокореактивные сплавы, такие как титан и алюминиевые сплавы, создают проблемы с окислением и рискуют засорить сопло. Индукционная черепная плавка помогает решить эти проблемы.

узнать больше о процессах 3D-печати