Распыление металла: обзор, поставщики, преимущества

Распыление металла это процесс, при котором металл из сыпучей формы превращается в мелкодисперсный порошок путем распыления. Он широко используется при производстве металлических порошков для различных применений в различных отраслях промышленности. В этой статье представлено полное руководство по распылению металла, в котором подробно рассматриваются ключевые аспекты.

Обзор распыления металлов

Распыление металла подразумевает дробление расплавленного металла на мелкие капли с помощью высокоскоростного потока газа или жидкости. При быстром застывании капель в полете образуются мелкие сферические металлические порошки.

Ключевые детали:

Используется для получения тонких сферических металлических порошков из таких металлов, как алюминий, медь, железо, никель и т.д.
По методу распыления классифицируется на газовое, водяное и центробежное распыление
Размер порошков варьируется от 10 до 250 микрон с плотным распределением
Обеспечивает быстрое затвердевание капель, в результате чего получаются мелкозернистые порошки
В основном используется в порошковой металлургии и для производства компонентов из металлического порошка

Методы распыления

Метод	Подробности
Распыление газа	Струя расплавленного металла, дезинтегрированная струями инертного газа высокого давления
Распыление воды	Использует водяные струи для дезинтеграции металлического потока
Центробежное распыление	Расплавленный металл выливается на вращающийся диск и срывается с его краев

Применение металлических порошков

Приложение	Подробности
Порошковая металлургия	Прессование и спекание порошковых компактов для производства деталей ПМ
Аддитивное производство металлов	Использование распыляемых порошков в качестве сырья для AM-процессов, таких как DED, PBF
Литье металлов под давлением	Смешивание порошков со связующим, введение в формы и дебиндинг/агломерация
Термические напыляемые покрытия	Распыление порошков на поверхности с помощью плазменного/горячего распыления
Пайка	Использование распыляемых порошковых прослоек для высокотемпературной пайки
Сварка	Распыляемые металлические порошки, используемые в качестве присадочного материала в сварочных процессах

Технические характеристики распыления металла

Параметр	Типовой диапазон
Размер порошка	от 10 до 250 микрон
Распределение по размерам	Плотная, сферическая морфология
Чистота	До 99,9%
Кажущаяся плотность	Около 40-50% истинной плотности
Содержание оксидов	<1%, ниже при распылении в инертном газе
Уровень производства	10 - 100 кг/час

Оборудование для распыления металла

Основное оборудование, задействованное в процессе распыления металла, включает в себя:

Руководство по оборудованию для распыления металлов

Оборудование	Назначение
Индукционная печь	Расплавляет металлический шихтовый материал до жидкого состояния
Крусибл	Удерживает расплавленный металл перед заливкой в распылитель
Тундиш	Действует как резервуар, облегчающий заливку металла
Механизм распыления	Разбивает расплавленный металл на капли с помощью газовой/жидкостной струи
Система сбора порошка	Сбор и отделение распыленного порошка от транспортировочного газа/жидкости

Типы и характеристики атомайзеров

Распылитель	Принцип	Характеристики
Газовый распылитель	Струя инертного газа высокого давления	Более мелкий порошок, меньшая степень окисления
Распылитель воды	Высокоскоростная водяная струя	Высокая производительность, более крупные частицы
Центробежный распылитель	Расплавленный металл, вылитый на вращающийся диск/чашку	Компактный, простой в эксплуатации

Вспомогательное оборудование

Категория	Функция	Описание	Impact on Metal Powder
Подготовка сырья	Condition and Purify Raw Materials	Degasification Furnaces: Remove dissolved gases like hydrogen and oxygen to prevent porosity in the final powder. Induction Melting Furnaces: Melt and precisely control the temperature of the metal feedstock. Alloying Systems: Precisely weigh and blend different metals to achieve the desired final alloy composition.	Minimizes gas defects in the powder. Ensures consistent powder properties. Achieves desired material properties of the final product.
Metal Handling & Delivery	Safely Transfer Molten Metal	Crucibles: Refractory containers for holding and transporting molten metal. Transfer Vessels (tundishes, ladles): Insulated vessels to transfer molten metal from the furnace to the atomization chamber. Inert Gas Purging Systems: Provide an inert gas atmosphere to prevent oxidation and contamination during metal transfer.	Minimizes metal oxidation and contamination. Maintains consistent metal temperature for optimal atomization.
Atomization Process Control	Precisely Control Operating Parameters	Flow Rate Control Systems: Regulate the flow rate of the atomizing medium (gas or water) for consistent droplet size and powder morphology. Temperature Control Systems: Monitor and maintain the optimal temperature of the molten metal for proper atomization. Pressure Control Systems: Regulate the pressure of the atomizing medium (in gas atomization) for efficient droplet formation.	Enables consistent powder quality and particle size distribution. Optimizes powder yield.
Powder Collection & Classification	Separate and Size Powder Particles	Cyclones: Separate larger powder particles from the gas stream using centrifugal force. Wet Scrubbers: Capture fine powder particles and cool them down using a water spray. Sieving & Classification Systems: Separate powder particles into different size fractions using sieves or air classifiers.	* Ensures desired powder size distribution for specific applications. <br> * Minimizes powder loss.
Powder Handling & Storage	Safely Manage and Store Metal Powder	Inert Gas Handling Systems: Maintain an inert atmosphere during powder transfer and storage to prevent oxidation and moisture absorption. Powder Packaging Systems: Package the metal powder in airtight containers for safe transportation and storage. Powder Silos: Large, enclosed storage vessels for bulk metal powder with controlled atmosphere.	Maintains powder quality and prevents degradation. Ensures safe and efficient powder handling.
Экологический контроль	Minimize Environmental Impact	Water Treatment Systems: Treat and recycle process water used in water atomization to minimize waste and comply with environmental regulations. Fume Extraction Systems: Capture and filter exhaust gases from the atomization process to minimize air pollution. Noise Control Systems: Reduce noise generated during the atomization process to meet safety regulations.	Achieves sustainable metal powder production. Ensures compliance with environmental regulations.
Системы безопасности	Ensure Operator Safety	Emergency Shut-off Systems: Quickly stop the atomization process in case of emergencies. Explosion Protection Systems: Prevent explosions due to flammable gas or metal dust accumulation. Средства индивидуальной защиты (СИЗ): Provides operators with appropriate clothing, respirators, and eye protection.	Minimizes risk of accidents and injuries. Creates a safe working environment.

Стандарты проектирования и требования к установке

Компонент	Стандарты проектирования	Installation Requirements
Сосуды под давлением	ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Section VIII Division 1) EN 13445 (European Norm) PD 5500 (British Standard)	Adequate space allocation for vessel placement and maintenance access. Certified lifting lugs for safe transportation and installation. Foundation design considering weight, vibration, and potential seismic activity. Secondary containment to capture spills or leaks.
Трубопроводы	ASME B31.3 Process Piping ANSI B16.5 Flanges and Flanged Fittings	Pipe diameter and material selection based on pressure rating, temperature, and compatibility with process fluids. Flange selection considering pressure class and bolting material. Sloped piping for proper drainage and minimization of dead legs. Accessible shutoff valves for isolation and maintenance. High-quality welding procedures and personnel qualifications.
Плавильный агрегат	Material selection for high-temperature resistance and compatibility with feedstock	Induction coil alignment and cooling system for efficient heat transfer. Crucible material selection and replacement schedule based on feedstock and wear characteristics. Power supply capacity and control system for precise temperature regulation.
Камера распыления	Selection of refractory lining based on operating temperature and process conditions	Provision for inert gas purging to minimize oxidation. Quenching system design for rapid solidification of metal droplets. Collection system for efficient capture of metal powder. Explosion venting to mitigate pressure buildup from potential dust explosions.
Форсунки	ASME MFC-7M Measurement of Fluid Flow by Means of Venturi Tubes	Regular inspection and replacement of nozzles to maintain consistent particle size distribution. Alignment and positioning of nozzles for optimal atomization efficiency.
Система транспортировки порошковых материалов	NFPA 654 Standard for the Prevention of Dust Explosions in Manufacturing, Processing, and Bulk Handling Facilities EN 14460 Workplace Atmospheres – Requirements for Handling Combustible Dust	Inert gas inertization of powder collection and transfer vessels to prevent explosions. Explosion venting and suppression systems for additional safety measures. Sealed transfer systems to minimize powder dust generation and fugitive emissions. HEPA filtration for air purification and worker health protection.
Control Systems	IEC 61131 Programmable Automation Controllers (PAC) Programming Languages NFPA 850 Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and Related Facilities	Real-time monitoring and control of process parameters (temperature, pressure, flow rates). Alarm systems for notification of deviations from operating parameters. Safety interlocks to prevent equipment malfunctions and potential hazards. Redundant control systems for critical operations to ensure process stability.

Поставщики металлических распылителей

Основные поставщики

Поставщик	Расположение	Продукция
PSI	Канада	Газовые, водяные и центробежные распылители
Вакуумные технологии ALD	Германия	Газовые и водяные распылители
Sino Steel Thermo	Китай	Распылители воды и газа
Вакуумные технологии VTI	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ	Высокотехнологичные газовые распылители

Ценообразование

Небольшие лабораторные установки стоят от $100 000.
Распылители для промышленного производства варьируются от $500,000 до $2,000,000
Крупные системы, созданные на заказ, могут стоить до $4 000 000
Дополнительные расходы на вспомогательное оборудование, установку, расходные материалы

Price of Metal Atomisation Equipment:

Фактор	Описание	Price Impact
Type of Atomisation	There are two main types of metal atomisation: gas atomisation and water atomisation. Gas atomisation uses an inert gas, typically argon, to break up the molten metal into fine particles. Water atomisation uses a high-pressure water jet to achieve the same result.	Gas atomisation is generally more expensive than water atomisation. This is because gas atomisation equipment is more complex and requires higher operating costs. However, gas atomisation can produce finer and more spherical powder particles, which are desirable for some applications.
Metal being atomised	The price of metal atomisation equipment can also vary depending on the type of metal being atomised. Reactive metals, such as titanium and zirconium, are more difficult to atomise than non-reactive metals, such as iron and copper. This is because reactive metals can react with the atomising gas or water, which can lead to problems with powder quality and equipment corrosion.	The atomisation of reactive metals typically requires more specialised equipment and higher operating costs. This can significantly increase the price of the equipment.
Производственная мощность	Metal atomisation equipment is available in a wide range of production capacities, from small batch systems that can produce a few kilograms of powder per hour to large-scale systems that can produce several tonnes of powder per hour.	The price of metal atomisation equipment increases with production capacity. Larger systems are more complex and require more expensive components.
Desired Powder Characteristics	The desired characteristics of the metal powder will also influence the price of the atomisation equipment. For example, if a very fine powder is required, then a more sophisticated atomisation system will be needed, which will be more expensive.	If the powder needs to meet tight specifications for particle size, morphology, or other properties, then this will likely require additional equipment or process steps, which can increase the cost.
Level of Automation	Metal atomisation equipment can be manually operated, semi-automated, or fully automated. Fully automated systems are the most expensive, but they can also offer the highest level of process control and consistency.	A higher level of automation typically translates to a higher price tag. However, this can be offset by increased productivity and reduced labor costs.
Производитель	The price of metal atomisation equipment can also vary depending on the manufacturer. Some manufacturers specialise in high-end equipment for demanding applications, while others offer more basic equipment for less critical applications.	Well-known brands with a reputation for quality and reliability may command a premium price.

Выбор поставщика атомайзеров

Репутация и уровень опыта
Возможность изготовления на заказ и размерный ряд
Производственные мощности и сроки изготовления
Бюджетные ограничения
Расположение и сервисная поддержка
Требования к техническим характеристикам порошка
Предложения по вспомогательному оборудованию

Эксплуатация металлического распылителя

Типичный процесс атомизации

Шаг	Деятельность
1	Зарядите индукционную печь металлом для распыления
2	Полностью расплавьте металл и дайте ему достичь температуры перегрева
3	Запустите поток инертного газа в распылитель при требуемом давлении
4	Открыть индукционную печь и вылить расплавленный металл в промковш/кювету
5	Дайте металлу стечь в распылитель для распада на порошок
6	Порошок переносится газом в циклонные сепараторы для сбора
7	Просеивание порошка для удаления крупных частиц и мелких фракций
8	После охлаждения упакуйте готовый порошок в контейнеры.

Критические параметры процесса

Температура перегрева металла
Расход расплавленного металла в распылитель
Расход газа/воды и давление
Конфигурация заливки и количество металлической шихты
Конструкция и геометрия сопла
Подход к сбору и просеиванию

Аспекты технического обслуживания

Периодически осматривайте и заменяйте изношенные форсунки, клапаны, вкладыши
Проверьте газовые линии, водяные форсунки на наличие засоров, влияющих на поток
Проконтролируйте привод и подшипники центробежного распылителя
Чистое осаждение порошка внутри труб и емкостей
Обслуживание индукционной печи, датчиков температуры и т.д.

Преимущества и ограничения

Преимущество	Описание	Ограничение	Описание
Precise Powder Characteristics	Metal atomisation equipment excels in producing powders with tightly controlled particle size distribution and morphology. This allows for the creation of powders specifically suited for Additive Manufacturing (AM) techniques like Selective Laser Melting (SLM) or Electron Beam Melting (EBM). The precise control over spherical shape and narrow size range translates to optimal flow properties for feeding into AM machines, leading to consistent layer formation and improved final product quality.	High Investment and Operational Costs	Setting up and running metal atomisation equipment involves significant upfront capital expenditure. The systems are complex, requiring specialized infrastructure, skilled personnel for operation and maintenance, and ongoing costs for consumables like inert gases and replacement parts.
High Production Rates and Scalability	Modern atomisation equipment facilitates continuous and automated operation, enabling high powder production yields. This is crucial for industrial-scale AM applications where large volumes of material are needed. Additionally, the modular design of many systems allows for scalability, meaning production capacity can be increased by adding additional units as demand grows.	Limited Feedstock Compatibility	While metal atomisation can handle a wide range of alloys, some materials with high vapor pressures or reactivity can pose challenges. The atomisation process may introduce impurities or alter the chemical composition of the powder, impacting the final product’s performance.
Broad Applicability	Metal atomisation equipment is a versatile technology, capable of processing a vast array of metals and alloys. This includes commonly used materials in AM like titanium, aluminium, nickel, and cobalt alloys, as well as more exotic options like refractory metals and high-performance alloys.	Экологические соображения	The atomisation process can generate waste products and emissions depending on the chosen method. Water atomisation, for instance, can lead to wastewater containing metal oxides. Inert gas atomisation has lower environmental impact but still requires responsible management of exhaust gases.
High Powder Purity	Inert gas atomisation, a popular technique, utilizes an inert gas environment to minimize contamination during the atomisation process. This results in high powder purity, essential for applications where material properties are critical.	Сложность процесса	Metal atomisation involves a multitude of parameters that need to be precisely controlled to achieve the desired powder characteristics. Factors like melt temperature, atomisation pressure, and cooling rate all significantly impact the final powder properties. Optimizing these parameters requires expertise and ongoing process monitoring to ensure consistent quality.

Как выбрать металлический атомайзер

Фактор	Рассмотрение	Важность	Подробности
Metal Compatibility	Material you intend to atomize	Критический	Different atomization techniques excel with specific metals. Gas atomization is ideal for reactive metals like titanium and aluminum, while water atomization works well for less reactive metals like iron and copper.
Размер и распределение частиц	Desired size and consistency of metal powder	High Importance	Particle size directly affects the final product’s properties. A finer powder creates smoother surfaces in 3D printing, while a coarser powder might be suitable for metal injection molding. Uniform particle distribution ensures consistent material properties throughout the powder bed.
Объем производства	Anticipated amount of metal powder required	Moderate Importance	Consider the atomizer’s capacity to meet your production needs. A high-volume gas atomizer might be overkill for a small prototyping operation, while a low-volume water atomizer would struggle to keep up with mass production.
Операционные расходы	Energy consumption, maintenance requirements	Moderate Importance	Gas atomization generally has higher upfront costs but lower operating expenses due to energy efficiency. Water atomization often has lower upfront costs but higher operating expenses due to water usage and potential corrosion concerns.
Безопасность	Inherent risks associated with the atomization process	Критический	Both gas and water atomization involve molten metal and pressurized environments. Gas atomization poses a risk of explosion due to the use of inert gases. Water atomization can generate flammable hydrogen gas. Prioritize safety features and adhere to proper safety protocols.
Automation Level	Degree of automation desired in the atomization process	Varies by User	A highly automated system minimizes human intervention and reduces errors but comes at a premium cost. A manual system offers greater control but requires more operator expertise.
Future Expandability	Potential need to handle different metals or volumes	Consider if Needed	If you anticipate working with various metals or increasing production in the future, choose an atomizer with the flexibility to accommodate those changes.
Репутация производителя	Track record of the atomizer supplier	Important	Research the manufacturer’s experience, customer support, and warranty policies. Choose a reputable company with a proven track record in metal atomization technology.

Вопросы и ответы

Вопрос: Каков типичный диапазон размеров распыляемого металлического порошка?

О: Диапазон размеров частиц для большинства распылителей составляет от 10 до 250 микрон. Газовые распылители позволяют получить более мелкий порошок до 10 микрон, в то время как водяные распылители делают более крупный порошок свыше 100 микрон.

Вопрос: Какие металлы можно распылить в порошок?

О: К распространенным металлам, подвергаемым атомизации, относятся алюминий, медь, железо, никель, кобальт, титан, тантал, нержавеющая сталь. Можно распылять даже сплавы и реактивные металлы, такие как магний.

В: Насколько сферичны распыляемые порошки?

О: Атомизированные порошки имеют высокосферическую морфологию, поскольку капли быстро застывают в полете. Уровень сферичности достигает 0,9-1. При газовом распылении порошок получается более сферическим.

Вопрос: Каково основное применение распыляемого металлического порошка?

О: Основное применение - порошковая металлургия для прессования и спекания компонентов. Мелкодисперсные порошки также идеально подходят для аддитивного производства металлов с использованием порошкового наплавления или направленного энергетического осаждения.

Вопрос: Как контролируется распределение порошка по размерам при распылении?

О: Конструкция сопла, расход расплавленного металла, давление газа и конфигурация распыления определяют распределение частиц по размерам. Несколько стадий просеивания после распыления помогают сузить распределение.

В: Требует ли распыление металла специальных навыков?

О: Несмотря на то, что этот процесс автоматизирован, для оптимизации и правильного управления распылителем для производства качественного металлического порошка необходимы навыки в таких областях, как металлургия, термическое напыление, обработка порошка.

В: Что определяет скорость производства распылителя?

О: Расход металла, давление газа и производительность распылителя определяют скорость производства. Промышленные распылители могут производить 100 кг/час порошка, в то время как лабораторные распылители могут производить всего несколько кг/час.

В: Как определить правильный размер и тип распылителя?

О: Ключевыми факторами являются требуемое количество порошка, бюджет, существующая инфраструктура и желаемые характеристики порошка. Все это помогает выбрать газовый, водяной или центробежный тип в соответствии с необходимой производительностью.

В: Образуются ли при распылении металла какие-либо побочные продукты?

О: Твердых отходов немного, но требуется очистка сточных газов/воды. Также требуется удаление пыли из зон обработки порошка. Необходима надлежащая утилизация использованных фильтров и расходных материалов.

Заключение

Распыление металла позволяет превратить сыпучий металл в мелкие сферические порошки с помощью газа, воды или центробежной энергии. При строгом контроле параметров процесса можно получать порошки высокой чистоты, идеально подходящие для AM. В этом руководстве кратко описаны принципы работы, типы, области применения, поставщики и технические аспекты систем распыления металлов. Структурированная информация позволяет легко сравнивать варианты и выбирать подходящий распылитель.

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!