Порошки металлических сплавов

Порошки металлических сплавов представляют собой разнообразные точные смеси металлических элементов, получаемые путем распыления в мелкие сферические частицы, идеально подходящие для передовых технологий изготовления. Данное руководство представляет собой всеобъемлющий справочник для технических специалистов по маркам металлических порошковых сплавов, включающий типичные составы, данные о механических свойствах, методы производства, основные области применения и ведущих мировых поставщиков.

Обзор порошков металлических сплавов

Металлические порошки, полученные из сплавов железа, никеля, кобальта, алюминия, титана, меди и других неблагородных металлов, представляют собой универсальные инженерные материалы, придающие индивидуальные свойства благодаря контролируемому составу.

Распространенные типы металлических порошков

Система сплавов	Описание
Нержавеющие стали	Коррозионная стойкость, высокая прочность
Инструментальные и низколегированные стали	Закаленные, термостойкие
Никелевые суперсплавы	Устойчивость к экстремальным температурам/химическим воздействиям
Кобальтовые суперсплавы	Биосовместимые, износостойкие
Титановые сплавы	Легкий, прочный, для аэрокосмической промышленности
Медь и бронза	Электрическая/тепловая проводимость
Сплавы драгоценных металлов	Чистые, инертные, специализированные применения

Баланс составляющих позволяет оптимизировать материал в соответствии с такими ключевыми требованиями, как твердость, прочность, долговечность, электропроводность, магнитность или стоимость.

Типичные диапазоны состава

Легирующий элемент	Роль	Диапазон Wt%
Железо, кобальт, никель	Матрица из основного металла	50-99%
Хром	Устойчивость к коррозии и окислению	5-35%
Молибден	Прочность, сопротивление ползучести	0-30%
Вольфрам	Термостойкость, плотность	0-18%
Марганцовка	Раскислитель, прочность	0-15%
Углерод	Упрочнение, износостойкость	0-6%

Порошок металлического сплава Технические характеристики

Распределения по размерам

Размер ячейки	Микрометры
-325	<45 мкм
-100/+325	45-150 мкм
+100	>150 мкм

Морфология и характеристики потока

Атрибут	Типовой диапазон
Форма частиц	Сферическая
Кажущаяся плотность	2 - 6 г/см3
Плотность отвода	4 - 8 г/см3
Коэффициент Хаузнера	<1.25
Расход	20-35 с/50 г
Коэффициент трения	0.4-0.9

Химия и уровни загрязнения

Элемент	Максимальное количество промилле
Кислород	1000
Азот	150
Углерод	3000
Сера	100

Методы производства металлического порошка

Распыление воды

• Распыление инертного газа высокой чистоты
• Защищает химически активные сплавы
• Обеспечивает распределение малых размеров

Газовая атомизация

• Прядение воздушного расплава
• Самые узкие распределения по размерам
• Сфероидальные формы частиц

Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)

• Нестандартные сплавы, исследовательские объемы
• Контролируемые микроструктуры
• Быстрая скорость застывания

Механическое легирование

• Шаровой размол элементарных смесей
• Более низкая стоимость по сравнению с распылением
• Широкое распределение по размерам

Другие методы

• Электролиз
• Химическое восстановление

Свойства порошков металлических сплавов

Баланс ключевых характеристик определяет подходящие области применения:

Механические свойства

Система сплавов	Предел текучести	Прочность на разрыв	Удлинение
Нержавеющие стали	200-1400 МПа	500-1600 МПа	10-50%
Инструментальные стали	600-1900 МПа	1000-2100 МПа	5-15%
Никелевые суперсплавы	500-1400 МПа	700-1700 МПа	10-50%
Титановые сплавы	750-1100 МПа	900-1200 МПа	15-25%
Медь/Бронза	70-450 МПа	200-600 МПа	5-60%

Тепловые свойства

Система сплавов	Температура плавления	Теплопроводность
Нержавеющие стали	1400-1500°C	10-30 Вт/м-°К
Инструментальные стали	1350-1450°C	20-35 Вт/м-°К
Никелевые суперсплавы	1200-1400°C	5-50 Вт/м-°К
Титановые сплавы	1600-1700°C	5-20 Вт/м-°К
Медь/Бронза	900-1300°C	50-400 Вт/м-°К

Применение порошков металлических сплавов

Аддитивное производство

• Аэрокосмические компоненты
• Медицинские имплантаты
• Автомобильное оборудование
• Инструментальная оснастка и пресс-формы
• Экзотическая архитектура

Порошковая металлургия

• Нефтяные и газовые подшипники
• Автомобильные втулки
• Оборудование для приборов
• Экономичные формы сетки

Термические напыляемые покрытия

• Коррозионностойкие накладки
• Пленки, снижающие трение
• Восстановление размеров

Электроника и магнетика

• Токопроводящие клеи
• Сердечники индукторов
• Терморегулирование
• Устройства для поверхностного монтажа

Новые приложения

• Аккумуляторы и накопители энергии
• 3D-печатная электроника
• Экзотические сплавы и прототипы
• Микромасштабные компоненты

Ведущий Порошок металлического сплава Производители

Компания	Расположение
Sandvik Osprey	Великобритания
Порошковые изделия Carpenter	Соединенные Штаты
Praxair Surface Technologies	Соединенные Штаты
Höganäs	Швеция
Металлические порошки Rio Tinto	Канада
ATI Powder Metals	Соединенные Штаты

Партнеры по обработке платных заказов

• Обширный опыт разработки сплавов
• Специализируются на производстве в исследовательских масштабах
• Сокращение сроков разработки
• Защита интеллектуальной собственности

Смета расходов

Порошки из нержавеющей стали

Марка сплава	Стоимость за кг
304, 316, 303	$12-30
17-4PH, 15-5PH	$40-90
Дуплекс/супераустентика на заказ	$70-150

Порошки инструментальной и высоколегированной стали

Марка сплава	Стоимость за кг
H13, M2, M4	$20-45
Инструментальная сталь PM на заказ	$45-100

Порошки никелевого суперсплава

Марка сплава	Стоимость за кг
Инконель 718	$90-180
Пользовательские сплавы Waspaloy, Rene	$250-1000+

Порошки титана и экзотических сплавов

Марка сплава	Стоимость за кг
Ti-6Al-4V	$270-450
Титан на заказ	$450-1000+

Плюсы и минусы

Преимущества	Вызовы
Свойства, превосходящие свойства деформируемых сплавов	Требуется защитная обработка
Нестандартные сплавы и микроструктуры	Ограниченные возможности размера
Возможность использования сложной геометрии	Необходима постконсолидация
Более низкие коэффициенты покупки и полета	Квалификационные испытания
Сокращение сроков производства	Меры предосторожности при обращении и хранении

При выборе специализированных сортов тщательно взвесьте компромиссы с целевыми показателями и бюджетом.

Вопросы и ответы

Вопрос: В чем преимущество металлических сплавов перед чистыми элементарными порошками?

О: Легирование позволяет значительно повысить такие ключевые характеристики, как прочность, коррозионная стойкость, твердость, электропроводность и т.д. по сравнению с внутренними ограничениями любого отдельного элемента за счет металлургических механизмов и контроля второй фазы.

Вопрос: Насколько малы размеры порошка металлического сплава?

О: Распыление в инертном газе позволяет получать наноразмерные металлические порошки с размерами менее 10 нанометров, что находится на передовой линии современных коммерческих возможностей. Химический состав и морфология остаются областью интенсивных исследований и разработок, поскольку появляются новые методы.

Вопрос: Обязательна ли постобработка порошков перед изготовлением деталей?

О: Помимо рассева на фракции точного размера, для изменения характеристик порошка, способствующих производительности процесса изготовления, плотности и конечным свойствам компонентов, можно использовать дополнительные методы обработки, такие как раскисление, отжиг, покрытие и смешивание.

В: Чем обусловлена разница в стоимости между сортами?

О: Сложность обработки, цены на легирующие элементы, инвестиции в НИОКР, объем производства и требования спецификаций определяют цену - экзотические порошки высокой степени очистки оказываются гораздо дороже, чем обычные порошки-"рабочие лошадки".

Заключение

В этом руководстве представлен целостный обзор порошковых инженерных материалов из металлических сплавов, способных обеспечить характеристики компонентов нового поколения, значительно превосходящие традиционные металлургические ограничения, благодаря специально подобранному химическому составу и оптимизированной обработке. Пожалуйста, свяжитесь с экспертом в данной области, чтобы обсудить уникальные преимущества специализированных марок в соответствии с вашими целевыми требованиями к применению.

узнать больше о процессах 3D-печати