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	Воздействие на металлический порошок
Подготовка сырья	Подготовка и очистка сырья	Дегазационные печи: Удалите растворенные газы, такие как водород и кислород, чтобы предотвратить появление пористости в готовом порошке. Индукционные плавильные печи: Расплавление и точный контроль температуры металлического сырья. Системы легирования: Точное взвешивание и смешивание различных металлов для достижения желаемого состава сплава.	Минимизирует газовые дефекты в порошке. Обеспечивает стабильные свойства порошка. Достижение желаемых свойств материала конечного продукта.
Обработка и доставка металла	Безопасное перемещение расплавленного металла	Крестики-нолики: Огнеупорные контейнеры для хранения и транспортировки расплавленного металла. Передаточные сосуды (пробирки, половники): Изолированные сосуды для переноса расплавленного металла из печи в камеру распыления. Системы продувки инертным газом: Обеспечьте атмосферу инертного газа для предотвращения окисления и загрязнения во время переноса металла.	Минимизирует окисление и загрязнение металла. Поддерживает постоянную температуру металла для оптимального распыления.
Управление процессом распыления	Точный контроль рабочих параметров	Системы контроля скорости потока: Регулируйте скорость потока распыляемой среды (газа или воды) для обеспечения постоянного размера капель и морфологии порошка. Системы контроля температуры: Контролируйте и поддерживайте оптимальную температуру расплавленного металла для правильного распыления. Системы контроля давления: Регулируйте давление распыляемой среды (при газовом распылении) для эффективного образования капель.	Обеспечивает стабильное качество порошка и распределение частиц по размерам. Оптимизирует выход порошка.
Сбор и классификация порошка	Разделение и определение размера частиц порошка	Циклоны: Отделение крупных частиц порошка от газового потока с помощью центробежной силы. Мокрые скрубберы: Улавливайте мелкие частицы порошка и охлаждайте их с помощью струи воды. Системы просеивания и классификации: Разделите частицы порошка на фракции разного размера с помощью сит или воздушных классификаторов.	* Обеспечивает требуемое распределение порошка по размерам для конкретных задач. <br> * Минимизирует потерю порошка.
Обработка и хранение порошков	Безопасное управление и хранение металлического порошка	Системы обработки инертных газов: Поддерживайте инертную атмосферу во время переноса и хранения порошка, чтобы предотвратить окисление и поглощение влаги. Системы упаковки порошков: Упакуйте металлический порошок в герметичные контейнеры для безопасной транспортировки и хранения. Силосы для порошка: Большие закрытые емкости для хранения сыпучих металлических порошков с контролируемой атмосферой.	Сохраняет качество порошка и предотвращает его порчу. Обеспечивает безопасное и эффективное обращение с порошком.
Экологический контроль	Минимизация воздействия на окружающую среду	Системы очистки воды: Очистка и переработка технологической воды, используемой для распыления воды, для минимизации отходов и соблюдения экологических норм. Системы вытяжки дыма: Улавливание и фильтрация выхлопных газов, образующихся в процессе распыления, для минимизации загрязнения воздуха. Системы шумоподавления: Снижение шума, возникающего в процессе распыления, для соблюдения правил безопасности.	Обеспечивает устойчивое производство металлических порошков. Обеспечивает соблюдение экологических норм.
Системы безопасности	Обеспечьте безопасность оператора	Системы аварийного отключения: Быстрая остановка процесса распыления в случае возникновения аварийных ситуаций. Системы взрывозащиты: Предотвращение взрывов из-за скопления горючих газов или металлической пыли. Средства индивидуальной защиты (СИЗ): Обеспечивает операторов соответствующей одеждой, респираторами и средствами защиты глаз.	Минимизирует риск несчастных случаев и травм. Создает безопасную рабочую среду.

Стандарты проектирования и требования к установке

Компонент	Стандарты проектирования	Требования к установке
Сосуды под давлением	ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Раздел VIII Division 1) EN 13445 (европейская норма) PD 5500 (британский стандарт)	Достаточно места для размещения судов и доступа к обслуживанию. Сертифицированные подъемные проушины для безопасной транспортировки и установки. Проектирование фундамента с учетом веса, вибрации и возможной сейсмической активности. Вторичная защитная оболочка для улавливания разливов или утечек.
Трубопроводы	Технологические трубопроводы ASME B31.3 Фланцы и фланцевые фитинги ANSI B16.5	Выбор диаметра и материала трубы в зависимости от номинального давления, температуры и совместимости с технологическими жидкостями. Выбор фланца с учетом класса давления и материала болтов. Наклонный трубопровод для надлежащего дренажа и минимизации "мертвых ног". Доступные запорные клапаны для изоляции и обслуживания. Высококачественные сварочные процедуры и квалификация персонала.
Плавильный агрегат	Выбор материала для обеспечения высокотемпературной стойкости и совместимости с сырьем	Выравнивание катушек индуктивности и система охлаждения для эффективного теплообмена. Выбор материала тигля и график его замены в зависимости от исходного сырья и характеристик износа. Мощность источника питания и система управления для точного регулирования температуры.
Камера распыления	Выбор огнеупорной футеровки в зависимости от рабочей температуры и условий процесса	Предусмотрена продувка инертным газом для минимизации окисления. Разработка системы закалки для быстрого затвердевания капель металла. Система сбора для эффективного улавливания металлического порошка. Взрывоотвод для снижения давления при возможных взрывах пыли.
Форсунки	ASME MFC-7M Измерение расхода жидкости с помощью трубок Вентури	Регулярный осмотр и замена насадок для поддержания равномерного распределения частиц по размерам. Выравнивание и позиционирование форсунок для оптимальной эффективности распыления.
Система транспортировки порошковых материалов	Стандарт NFPA 654 по предотвращению взрывов пыли на предприятиях по производству, переработке и перевалке сыпучих материалов EN 14460 Атмосфера на рабочем месте - Требования к обращению с горючей пылью	Инертизация инертным газом емкостей для сбора и переноса порошка для предотвращения взрывов. Системы вентиляции и подавления взрыва для обеспечения дополнительной безопасности. Герметичные системы передачи, минимизирующие образование порошковой пыли и летучие выбросы. HEPA-фильтрация для очистки воздуха и защиты здоровья работников.
Системы управления	IEC 61131 Программируемые контроллеры автоматизации (PAC) Языки программирования NFPA 850 Рекомендуемая практика противопожарной защиты электрогенерирующих станций и связанных с ними объектов	Мониторинг и контроль параметров процесса (температура, давление, расход) в режиме реального времени. Системы сигнализации для оповещения об отклонениях от рабочих параметров. Защитные блокировки для предотвращения неисправностей оборудования и потенциальных опасностей. Резервные системы управления для критических операций для обеспечения стабильности процесса.

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

Цена оборудования для распыления металла:

Фактор	Описание	Влияние на цену
Тип распыления	Существует два основных типа распыления металла: газовое распыление и водяное распыление. При газовом распылении используется инертный газ, обычно аргон, чтобы разбить расплавленный металл на мелкие частицы. При водяном распылении для достижения того же результата используется струя воды под высоким давлением.	Газовое распыление обычно дороже водяного. Это связано с тем, что оборудование для газового распыления более сложное и требует более высоких эксплуатационных расходов. Однако газовое распыление позволяет получать более мелкие и сферические частицы порошка, что желательно для некоторых применений.
Распыление металла	Цена оборудования для распыления металла также может варьироваться в зависимости от типа распыляемого металла. Реактивные металлы, такие как титан и цирконий, распылять сложнее, чем нереактивные, такие как железо и медь. Это связано с тем, что реактивные металлы могут вступать в реакцию с распыляемым газом или водой, что может привести к проблемам с качеством порошка и коррозии оборудования.	Для распыления реактивных металлов обычно требуется более специализированное оборудование и более высокие эксплуатационные расходы. Это может значительно увеличить цену оборудования.
Производственная мощность	Оборудование для распыления металла выпускается в широком диапазоне производственных мощностей, от небольших серийных систем, способных производить несколько килограммов порошка в час, до крупных систем, способных производить несколько тонн порошка в час.	Цена оборудования для распыления металла растет с увеличением производственной мощности. Более крупные системы сложнее и требуют более дорогих компонентов.
Желаемые характеристики порошка	Желаемые характеристики металлического порошка также влияют на цену оборудования для распыления. Например, если требуется очень тонкий порошок, то потребуется более сложная система распыления, которая будет стоить дороже.	Если порошок должен соответствовать жестким спецификациям по размеру частиц, морфологии или другим свойствам, то это, скорее всего, потребует дополнительного оборудования или технологических операций, что может увеличить стоимость.
Уровень автоматизации	Оборудование для распыления металла может быть с ручным управлением, полуавтоматическим или полностью автоматизированным. Полностью автоматизированные системы являются самыми дорогими, но они также могут обеспечить самый высокий уровень контроля и последовательности процесса.	Более высокий уровень автоматизации, как правило, влечет за собой более высокую цену. Однако это может быть компенсировано повышением производительности и снижением трудозатрат.
Производитель	Цена оборудования для распыления металла также может варьироваться в зависимости от производителя. Некоторые производители специализируются на высококлассном оборудовании для сложных задач, в то время как другие предлагают более базовое оборудование для менее ответственных задач.	Известные бренды, имеющие репутацию качественных и надежных, могут стоить дороже.

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
Точные характеристики порошка	Оборудование для распыления металлов позволяет получать порошки с жестко контролируемым гранулометрическим составом и морфологией. Это позволяет создавать порошки, специально подходящие для технологий аддитивного производства (AM), таких как селективное лазерное плавление (SLM) или электронно-лучевое плавление (EBM). Точный контроль над сферической формой и узким диапазоном размеров обеспечивает оптимальную текучесть для подачи в AM-машины, что приводит к равномерному формированию слоев и улучшению качества конечного продукта.	Высокие инвестиционные и эксплуатационные расходы	Установка и эксплуатация оборудования для распыления металлов требует значительных первоначальных капитальных затрат. Системы сложны, требуют специализированной инфраструктуры, квалифицированного персонала для эксплуатации и обслуживания, а также постоянных затрат на расходные материалы, такие как инертные газы и запасные части.
Высокие темпы производства и масштабируемость	Современное оборудование для распыления обеспечивает непрерывную и автоматизированную работу, позволяя получать высокие объемы порошка. Это очень важно для промышленных AM-приложений, где требуются большие объемы материала. Кроме того, модульная конструкция многих систем обеспечивает масштабируемость, то есть производственные мощности могут быть увеличены путем добавления дополнительных устройств по мере роста спроса.	Ограниченная совместимость с сырьем	Хотя распыление металлов позволяет работать с широким спектром сплавов, некоторые материалы с высоким давлением пара или реакционной способностью могут представлять определенные трудности. Процесс распыления может привносить примеси или изменять химический состав порошка, влияя на характеристики конечного продукта.
Широкое применение	Оборудование для распыления металлов - это универсальная технология, способная обрабатывать огромное количество металлов и сплавов. Сюда входят такие широко используемые в AM материалы, как титан, алюминий, никель и кобальтовые сплавы, а также более экзотические варианты, такие как тугоплавкие металлы и высокоэффективные сплавы.	Экологические соображения	Процесс распыления может приводить к образованию отходов и выбросов в зависимости от выбранного метода. Например, распыление водой может привести к образованию сточных вод, содержащих оксиды металлов. Распыление в инертном газе оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, но все же требует ответственного обращения с отработанными газами.
Высокая чистота порошка	Популярная технология распыления в инертном газе использует среду инертного газа для минимизации загрязнения в процессе распыления. В результате достигается высокая чистота порошка, что очень важно в тех случаях, когда свойства материала имеют решающее значение.	Сложность процесса	Распыление металла включает в себя множество параметров, которые необходимо точно контролировать для достижения желаемых характеристик порошка. Такие факторы, как температура расплава, давление распыления и скорость охлаждения, существенно влияют на конечные свойства порошка. Оптимизация этих параметров требует опыта и постоянного контроля процесса для обеспечения стабильного качества.

Как выбрать металлический атомайзер

Фактор	Рассмотрение	Важность	Подробности
Совместимость с металлами	Материал, который вы собираетесь распылять	Критический	Различные методы распыления лучше всего работают с определенными металлами. Газовое распыление идеально подходит для реактивных металлов, таких как титан и алюминий, в то время как водяное распыление хорошо работает с менее реактивными металлами, такими как железо и медь.
Размер и распределение частиц	Желаемый размер и консистенция металлического порошка	Высокая важность	Размер частиц напрямую влияет на свойства конечного продукта. Более мелкий порошок создает более гладкие поверхности при 3D-печати, в то время как более крупный порошок может подойти для литья металлов под давлением. Равномерное распределение частиц обеспечивает стабильные свойства материала по всему слою порошка.
Объем производства	Предполагаемое количество необходимого металлического порошка	Умеренная важность	Учитывайте возможности распылителя для удовлетворения ваших производственных потребностей. Высокопроизводительный газовый распылитель может оказаться излишеством для небольшого прототипа, в то время как малопроизводительный водяной распылитель не справится с массовым производством.
Операционные расходы	Потребление энергии, требования к обслуживанию	Умеренная важность	Газовое распыление обычно имеет более высокую первоначальную стоимость, но более низкие эксплуатационные расходы благодаря энергоэффективности. Распыление воды часто имеет более низкие первоначальные затраты, но более высокие эксплуатационные расходы из-за использования воды и потенциальных проблем с коррозией.
Безопасность	Неотъемлемые риски, связанные с процессом распыления	Критический	Как газовое, так и водяное распыление предполагает использование расплавленного металла и среды под давлением. При газовом распылении существует опасность взрыва из-за использования инертных газов. При распылении воды может образовываться легковоспламеняющийся водородный газ. Приоритет отдавайте средствам безопасности и соблюдайте надлежащие протоколы безопасности.
Уровень автоматизации	Желаемая степень автоматизации процесса распыления	Зависит от пользователя	Высокоавтоматизированная система сводит к минимуму вмешательство человека и уменьшает количество ошибок, но стоит дороже. Ручная система обеспечивает больший контроль, но требует большего опыта оператора.
Возможность расширения в будущем	Потенциальная необходимость работы с различными металлами или объемами	Рассмотрите, если необходимо	Если в будущем вы планируете работать с различными металлами или увеличивать объемы производства, выбирайте атомайзер с гибкостью, позволяющей приспособиться к этим изменениям.
Репутация производителя	Репутация поставщика атомайзеров	Важно	Изучите опыт производителя, его поддержку клиентов и гарантийные обязательства. Выбирайте авторитетную компанию с проверенной репутацией в области технологии распыления металла.

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!