Порошки металлических сплавов

Порошки металлических сплавов относятся к твердым смесям двух или более металлических элементов, используемых в производстве, аддитивных технологиях и исследовательских приложениях. Данное руководство представляет собой подробный справочник по порошкам металлических сплавов, в котором рассматриваются типы, методы производства, основные свойства, технические характеристики, поставщики, цены, области применения, сравнения и многое другое.

Обзор порошков металлических сплавов

Характеристика	Описание
Состав	Порошки металлических сплавов - это мелкодисперсные металлические частицы, созданные путем измельчения комбинации двух или более металлов до порошкообразного состояния. Эти сплавы создаются для достижения особых свойств, таких как повышенная прочность, коррозионная стойкость или электропроводность, которыми отдельные металлы не могут обладать сами по себе.
Производственный процесс	Порошки металлических сплавов производятся различными методами, наиболее распространенным из которых является распыление. При распылении расплавленный сплав разбивается на мелкие капли, которые быстро застывают в сферические или почти сферические частицы порошка. Другие методы включают электролиз, твердофазное восстановление и механическое измельчение, каждый из которых имеет свои преимущества для конкретных материалов или применений.
Свойства частиц	Размер, форма и распределение частиц порошка металлического сплава существенно влияют на конечные свойства деталей, для создания которых они используются. Сферические частицы обычно лучше текут и плотнее упаковываются, что приводит к улучшению характеристик в процессах аддитивного производства, таких как 3D-печать. Размер частиц также может влиять на механические свойства, качество обработки поверхности и общее качество конечного продукта.
Приложения	Порошки металлических сплавов произвели революцию в производстве в различных отраслях. Они широко используются в аддитивном производстве (3D-печать) для создания сложных, легких компонентов для аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. Кроме того, порошки металлических сплавов используются в таких процессах, как литье металлов под давлением (MIM), для производства сложных деталей, близких по форме к сетке, для различных применений.
Преимущества	По сравнению с традиционными методами производства, такими как механическая обработка или литье, порошки металлических сплавов обладают рядом преимуществ. Они позволяют изготавливать детали практически чистой формы, что сводит к минимуму отходы материала. Кроме того, возможность изменять состав и характеристики частиц порошка позволяет создавать детали с особыми свойствами. Порошки металлических сплавов также облегчают производство сложных геометрических форм и легких конструкций, что делает их идеальными для различных передовых применений.

Виды порошков металлических сплавов

Основные категории:

Стальные сплавы - нержавеющие, инструментальные, легированные стали...
Титановые сплавы - Ti6Al4V, TiAl, алюминиды титана
Алюминиевые сплавы - алюминий 2024, 7075, AlSiMg
Кобальтовые сплавы - кобальтовый хром, MP35N
Никелевые сплавы - Инконель 625, Инконель 718, Хастеллойс

И уникальность на основе:

Легирующие элементы

Тип	Общие элементы	Примеры материалов
Низкий сплав	<5% Ni, Cr, Mo	4140, 4340
Средний сплав	5-15% Ni, Cr, Mo и др.	H13, 420 нержавеющая
Высокий сплав	15-30% Al, Co, Ti и др.	316 нержавеющая, MP35N

Метод производства

Метод	Сплавные системы	Характеристики
Распыляемый газ	Большинство сплавов	Сферическая форма, контролируемое распределение по размерам
Атомизированная вода	Стали	Неправильная форма, широкое распространение
Плазменное распыление	Реактивные материалы, такие как сплавы Ti и Al	Контролируемая атмосфера, сферическая
Электролитический	Медь, Ni	Дендритные чешуйки, губка

Смешивание таких элементов, как алюминий, кобальт, хром, вольфрам и т.д., с основными металлами позволяет получить порошки из сплавов с улучшенными характеристиками. Технология производства также влияет на морфологию и свойства порошка.

Процессы производства порошков металлических сплавов

Процесс	Описание	Преимущества	Недостатки	Приложения
Распыление	Самый распространенный метод - распыление - предполагает расплавление металлического сплава, а затем разбивание его на мелкие капельки с помощью газа под высоким давлением (газовое распыление) или быстро вращающегося диска (центробежное распыление). Капли быстро застывают при падении в контролируемой атмосфере, образуя сферические или почти сферические частицы порошка.	Высокая производительность Регулируемый размер и распределение частиц Подходит для широкого спектра сплавов	Высокое потребление энергии Потенциал окисления при распылении Может потребоваться дополнительная обработка для определенных форм	Шестерни Подшипники Режущие инструменты Аэрокосмические компоненты Медицинские имплантаты
Электролиз	Этот процесс использует электрический ток для извлечения ионов металла из раствора соли металла и осаждения их на катоде (отрицательно заряженном электроде) в виде тонкого порошка. Специфические свойства порошка можно контролировать, регулируя состав электролита и параметры осаждения.	Порошки высокой чистоты Отличный контроль над размером и морфологией частиц Подходит для реактивных металлов	Относительно медленный процесс Ограниченная скорость производства Высокое потребление энергии	Электрические контакты Компоненты аккумулятора Фильтры Специализированные сплавы
Твердотельное сокращение	В этом методе оксид металла непосредственно превращается в металлический порошок в результате реакции восстановления с восстановителем, например водородом или монооксидом углерода, при повышенных температурах. Твердотельное восстановление часто используется для металлов с высоким сродством к кислороду, таких как титан и цирконий.	Подходит для реактивных металлов Может быть непрерывным процессом Потенциально меньшее потребление энергии по сравнению с распылением	Ограниченный контроль над размером и морфологией частиц Может потребоваться дополнительная постобработка Возможность загрязнения от восстановителя	Пиротехника Сырье для литья металлов под давлением Фрикционные материалы
Химическое сокращение	Этот процесс предполагает использование химической реакции для превращения металлического соединения в металлический порошок. В зависимости от конкретного металла и желаемых характеристик порошка могут использоваться различные химические реакции.	Можно использовать для различных металлов Относительно простой процесс Потенциал для низкозатратного производства	Ограниченный контроль над свойствами порошка Может потребоваться длительная очистка Экологические проблемы, связанные с некоторыми химическими реактивами	Catalyst поддерживает Пигменты Паяльные сплавы
Механическое фрезерование	Этот метод предполагает измельчение сыпучих материалов (слитков, стружки) в тонкий порошок с помощью высокоэнергетических мельниц. Механическое измельчение может использоваться для получения порошков из широкого спектра материалов, включая металлы, сплавы и керамику.	Универсальность - применяется к различным материалам Может использоваться для мелкосерийного производства	Широкий гранулометрический состав Потенциал загрязнения от размольных сред Тепловыделение в процессе обработки может повлиять на свойства порошка	Аморфные металлические порошки Композитные материалы Специальные сплавы

Свойства Порошки металлических сплавов

Физические свойства

Атрибут	Характеристики
Государство	Порошок с твердыми частицами
Цвет	Серовато-серебристый/черный порошок
Магнетизм	Ферритные/мартенситные материалы являются ферромагнитными
Запах	Как правило, не имеет запаха
Вкус	Безвкусный
Растворимость	Нерастворим в воде и обычных растворителях

Механические свойства

Метрика	Описание
Твердость	Диапазон от мягких драгоценных сплавов 700 HV
Прочность	Диапазон от < 100 МПа для простых углеродистых сталей до более 2 000 МПа для некоторых никелевых суперсплавов
Пластичность	Мера ковкости - высокая для C-сталей, средняя для рабочих сталей, низкая для материалов с высоким содержанием Cr/Co

Тепловые свойства

Измерение	Подробности
Температура плавления	Зависит от системы сплавов - от 500 до 1500°C+
Теплопроводность	15 - 90 Вт/мК между типами сплавов
CTE	Варьируется от ~5 x10-6 K-1 (инвар) до ~18 x10-6 K-1 (алюминиевые сплавы)

Таблица 2: Обзор физических, механических и термических свойств порошков из распространенных металлических сплавов

При выборе конкретного сплава учитывается баланс между твердостью, пределом текучести, пластичностью, плотностью, жаростойкостью/коррозионной стойкостью и другими характеристиками в зависимости от области применения.

Технические характеристики

Коммерческие порошки металлических сплавов проходят испытания и сертифицируются на соответствие спецификациям:

Распределение частиц по размерам

Стандарт	Микроны	Метод производства
Fine	1-25	Распыление газа
Средний	25-75	Распыление газа
Грубая	75-150	Распыление воды

Классы чистоты

Рейтинг	Химический контроль	Примеси
Стандарт	Широкие диапазоны сплавов	До 1% другие
Пользовательское	Фиксированная мишень из сплава	<1000 ppm примесей
Высокая чистота	Плотная лента из сплава	<100 ppm загрязняющих веществ

Таблица 3: Типичные диапазоны размеров, химический состав и степень чистоты порошков коммерческих металлических сплавов

Соответствие или превышение сертифицированных спецификаций обеспечивает повторяемость характеристик между партиями порошка и последующими производственными циклами.

Производители порошков металлических сплавов

Категория производителя	Описание	Ключевые продукты	Обслуживаемые приложения	Географический охват
Глобальные лидеры	Эти транснациональные корпорации обладают широкими производственными возможностями, разнообразными предложениями металлических сплавов и передовыми программами исследований и разработок. Они обслуживают широкий спектр отраслей промышленности и часто имеют производственные мощности на нескольких континентах.	Суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта Титановые и алюминиевые сплавы Специальные сплавы для аддитивного производства	Аэрокосмическая и оборонная промышленность (турбинные лопатки, компоненты двигателей) Нефть и газ (буровое оборудование, скважинные инструменты) Автомобильная промышленность (шестерни, подшипники) Медицина (имплантаты, протезы) Электроника (теплоотводы, электрические контакты)	Северная Америка Европа Азия Южная Америка
Региональные игроки	Эти производители ориентируются на конкретные географические рынки и удовлетворяют региональные потребности промышленности. Они могут специализироваться на определенных сплавах или удовлетворять нишевые потребности.	Порошки из нержавеющей стали Инструментальные стали Латунные и бронзовые порошки Сырье для литья металлов под давлением (MIM)	Потребительские товары (столовые приборы, скобяные изделия) Компоненты промышленного оборудования Электрические компоненты Автомобильные детали (шестерни, фильтры) Медицинские изделия (хирургические инструменты)	Северная Америка Европа Азия (Возможно ограниченное присутствие в других регионах)
Развивающиеся производители	Такие компании чаще всего меньше по размеру и ориентированы на инновационные технологии или удовлетворение новых потребностей рынка. Они могут специализироваться на порошках для аддитивного производства (AM) или исследовать новые методы производства.	Высокопроизводительные металлические порошки для AM Нанопорошки для специализированных применений Порошки металлических сплавов из переработанных материалов Биосовместимые сплавы для медицинских имплантатов	Аддитивное производство Новые технологии (например, 3D-печать для аэрокосмической отрасли) Научно-исследовательские и опытно-конструкторские институты Инициативы по экологической устойчивости	В основном ориентирована на развитые регионы (Северная Америка, Европа, Азия), но по мере роста рынка может расширяться по всему миру
Контрактные производители	Эти производители изготавливают порошки металлических сплавов по спецификациям заказчика. Они предлагают гибкость в отношении состава сплава, размера частиц и объема производства, удовлетворяя конкретные приложения и исследовательские потребности.	Нестандартные порошки металлических сплавов Мелкосерийное производство Порошки для создания прототипов и пилотных проектов	Исследования и разработки в различных отраслях промышленности Проекты аддитивного производства, требующие применения уникальных материалов Специализированное применение в аэрокосмической, медицинской и электронной промышленности	Глобальный охват (может быть расположен в любом месте, но чаще всего присутствует в крупных производственных центрах)

Применение Порошки металлических сплавов

Промышленность	Приложения	Преимущества
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, компоненты планера	Высокая прочность, термостойкость
Автомобильная промышленность	Передачи, детали трансмиссии	Защита от износа
Производство	Изготовление оснастки на заказ	Более короткие циклы разработки
Нефть и газ	Уплотнения, компоненты клапанов, скважинный инструмент	Повышение долговечности

Таблица 5: Порошок из металлических сплавов обеспечивает высокую производительность в различных отраслях

Использование таких свойств, как термостойкость, твердость и коррозионная стойкость, обеспечивает надежность в сложных условиях эксплуатации оборудования по сравнению с такими альтернативами, как пластик или традиционные сплавы.

Плюсы и минусы порошков металлических сплавов

Плюсы	Cons
Гибкость конструкции: Порошки металлических сплавов позволяют создавать сложные геометрические формы с замысловатыми элементами, которые трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов производства, таких как механическая обработка или литье. Это открывает двери для создания легких и высокопроизводительных компонентов в различных отраслях промышленности.	Ограниченный размер детали: Существующие технологии порошковой 3D-печати имеют ограничения по максимальному размеру печатаемых деталей. Кроме того, для улучшения механических свойств больших деталей может потребоваться последующая обработка, например горячее изостатическое прессование (HIP), что усложняет процесс и увеличивает затраты.
Эффективность материала: Порошки металлических сплавов способствуют изготовлению изделий практически чистой формы, сводя к минимуму отходы материала по сравнению с субтрактивными методами, такими как механическая обработка. Это особенно полезно для дорогих или высокопроизводительных сплавов.	Более высокая стоимость: Сами по себе порошки металлических сплавов могут быть дороже, чем сыпучие металлы, из-за дополнительной обработки, связанной с их производством. Кроме того, оборудование для 3D-печати и этапы последующей обработки могут способствовать повышению общей стоимости производства, особенно при мелкосерийном производстве.
Индивидуальные свойства: Свойства порошков металлических сплавов можно точно контролировать с помощью корректировки процесса производства и состава сплава. Это позволяет создавать материалы с определенной прочностью, весом, коррозионной стойкостью и другими желаемыми характеристиками.	Отделка поверхности: Поверхность деталей, изготовленных из порошков металлических сплавов, может быть более шероховатой по сравнению с обработанными или литыми деталями. Для достижения желаемого качества поверхности могут потребоваться такие методы последующей обработки, как полировка или механическая обработка.
Легкая конструкция: Порошки металлических сплавов позволяют создавать легкие конструкции с высоким соотношением прочности и веса. Это очень важно для применения в аэрокосмической, автомобильной и других чувствительных к весу отраслях промышленности.	Анизотропия: Детали, напечатанные с помощью порошков металлических сплавов, могут проявлять анизотропные свойства, то есть их механическая прочность может меняться в зависимости от направления печати. Это необходимо учитывать на этапе проектирования для обеспечения оптимальных характеристик.
Быстрое прототипирование: Порошки металлических сплавов идеально подходят для быстрого создания прототипов сложных деталей. Это позволяет ускорить процесс разработки и вывести на рынок новые изделия.	Опасения по поводу безопасности: Работа с порошками металлических сплавов может представлять угрозу безопасности из-за потенциальной воспламеняемости, риска вдыхания и раздражения кожи. Правильные процедуры обращения и средства индивидуальной защиты имеют большое значение.

Вопросы и ответы

Вопрос: В чем главное отличие слитков металлических сплавов от порошков?

О: Порошки придают изысканные микроструктуры без сегрегации и служат сырьем для новых технологий производства. Слитки служат для традиционных процессов формовки.

Вопрос: Порошок из какого металлического сплава ожидает наибольший рост в ближайшие годы?

A: Порошки из титана и алюминиевых сплавов для аэрокосмической промышленности, обладающие исключительными прочностными и весовыми характеристиками и технологичностью.

Вопрос: Какой диапазон размеров частиц лучше всего подходит для AM-обработки обычных металлических сплавов?

О: 15-45 микрон обеспечивают хорошую плотность упаковки порошка и его послойную когезию, избегая при этом проблем, возникающих при использовании сверхтонких порошков.

Вопрос: Чем порошки металлических сплавов отличаются от порошков оксидов металлов или керамики?

О: Порошки металлических сплавов содержат 2+ металлические элементы, образующие замещающие смеси, в то время как оксиды/керамика подвергаются ионным химическим изменениям с совершенно другими свойствами.

Заключение

Оптимизация состава, микроструктуры и морфологии порошков металлических сплавов расширяет возможности изготовления деталей, создания прототипов и повышения эксплуатационных характеристик в авиационной, космической, автомобильной и энергетической отраслях, что подтверждается описанием свойств, руководством по производству, параметрами спецификации и примерами применения. Пожалуйста, обращайтесь по любым другим вопросам, связанным с выбором, приобретением или обработкой специальных сплавов.

узнать больше о процессах 3D-печати

MET3DP - лидер в области производства материалов для аддитивного производства

MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.

Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!