Технические характеристики оборудования для распыления металлов

Металл распыление это производственный процесс, в ходе которого металлические сплавы превращаются в мелкодисперсный порошок. При этом металл расплавляется и разбивается на капли с помощью газового или водяного распыления. Капли быстро застывают, превращаясь в частицы порошка с заданными размерами.

Порошок для распыления металла обладает уникальными свойствами и используется в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, биомедицинская, 3D-печать и др. В этой статье представлен полный обзор оборудования для распыления металлов.

Обзор процесса распыления металлов

При распылении металлов используются физические процессы, позволяющие получать мелкодисперсные металлические порошки с точным контролем размера, морфологии и микроструктуры частиц. Вот основные аспекты процесса распыления металлов:

Параметры	Подробности
Методы	Газовое распыление, водяное распыление
Металлические вводы	Железо, никель, кобальт, медь, алюминиевые сплавы и т.д.
Таяние	Индукционная плавка, дуговая плавка, электронно-лучевая плавка
Распыление	Газ или вода под высоким давлением разбивают расплавленный металл на капли
Застывание	Быстрые скорости охлаждения позволяют получать тонкие порошки
Размер частиц	От 10 мкм до 250 мкм
Форма частиц	Сферические, спутниковые, неправильные формы
Приложения	Литье металлов под давлением, аддитивное производство, термораспыляемые порошки

Вначале в плавильный агрегат подаются металлические сплавы в виде проволоки или слитка. Затем расплав подвергается воздействию высокоскоростных газовых или водяных струй, которые разбивают его на брызги металлических капель. При быстром охлаждении капли застывают, превращаясь в мелкие сферические частицы порошка.

Регулируя такие параметры процесса, как давление газа, скорость потока расплава и скорость охлаждения, можно изменять текучесть, плотность, размер, морфологию и микроструктуру порошков.

Типы оборудования для распыления металлов

Существует два основных типа распылительного оборудования - VIGA (вакуумная индукционная атомизация в инертном газе) и Оборудование EIGA (электродная индукционная газовая атомизация).

Оборудование VIGA (вакуумная индукционная атомизация в инертном газе)

Оборудование VIGA имеет широкий спектр применения, в основном для производства высокопроизводительных порошковых материалов на основе железа, никеля, кобальта, алюминия, меди и других современных сплавов. Оно широко используется в аэрокосмической, медицинской, инструментальной, автомобильной, машиностроительной, электронной, новой энергетической и других областях, а также подходит для аддитивного производства (3D-печати), осаждения плавлением, лазерной наплавки, термического напыления, порошковой металлургии, горячего изостатического прессования и других передовых производственных процессов.

Оборудование EIGA (электродная индукционная газовая атомизация)

Оборудование EIGA в основном используется для получения порошков активных и тугоплавких металлов и сплавов, таких как титан и титановые сплавы, суперсплавы, платино-родиевые сплавы, интерметаллические соединения и т.д. Порошки широко применяются в селективном лазерном плавлении, лазерном осаждении плавлением, электронно-лучевом плавлении в выбранной области, порошковой металлургии и т.д.

Металлический порошок, произведенный на оборудовании для распыления металла

Порошок сплава на основе алюминия

Порошок сплава на основе алюминия - это мелкодисперсные частицы, состоящие в основном из алюминия, а также других легирующих элементов, смешанных в виде порошка. Эти легирующие элементы добавляются для изменения свойств алюминия для конкретных применений. Порошки сплавов на основе алюминия широко используются в различных промышленных процессах, включая аддитивное производство, литье металлов под давлением, порошковую металлургию и термическое напыление.

Вот некоторые из основных типов порошков сплавов на основе алюминия, а также их основные легирующие элементы:

1. Алюминий 6061: Содержит магний и кремний в качестве основных легирующих элементов. Обладает хорошей свариваемостью, высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью.
2. Алюминий 7075: Усиленный цинком в качестве основного легирующего элемента, а также медью, магнием и хромом. Известный своим высоким соотношением прочности и веса, он часто используется в аэрокосмической промышленности.
3. Алюминий 2024: Содержит медь в качестве основного легирующего элемента, а также марганец и магний. Обладает превосходной усталостной прочностью и используется в конструкциях, требующих высокой прочности и обрабатываемости.
4. Алюминий 5052: Содержит магний в качестве основного легирующего элемента, а также хром и марганец. Известный своей превосходной коррозионной стойкостью в морской среде, он широко используется при изготовлении листового металла.
5. Алюминий 5083: Состоит в основном из магния, обладает превосходной коррозионной стойкостью, особенно в морской воде. Используется в морских условиях благодаря высокой прочности и свариваемости.

Вот некоторые из основных типов порошков сплавов на основе алюминия, каждый из которых имеет особый состав, отвечающий различным требованиям применения.

Порошок сплава на основе титана

Порошок сплава на основе титана - это мелкодисперсные частицы, состоящие в основном из титана, а также других легирующих элементов, смешанных в виде порошка. Эти легирующие элементы добавляются для изменения свойств титана для конкретных применений. Порошки сплавов на основе титана широко используются в различных промышленных процессах, включая аддитивное производство, порошковую металлургию и термическое напыление.

Вот некоторые из основных типов порошков сплавов на основе титана, а также их основные легирующие элементы:

1. Порошок Ti-6Al-4V (Титан 6-4): Это один из наиболее широко используемых титановых сплавов, содержащий 6% алюминия и 4% ванадия. Он обладает превосходной прочностью, коррозионной стойкостью и биосовместимостью, что делает его пригодным для использования в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности.
2. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242): Этот сплав содержит алюминий, олово, цирконий и молибден в качестве основных легирующих элементов. Он обеспечивает высокую прочность, вязкость и сопротивление ползучести, часто используется в аэрокосмических компонентах.
3. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246): Аналогичен Ti-6242, но с более высоким содержанием молибдена для повышения прочности и сопротивления ползучести, особенно при повышенных температурах.
4. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti-6242S): Этот вариант сплава включает небольшое количество кремния для повышения свариваемости и улучшения механических свойств, особенно в сварных соединениях.
5. Ti-3Al-2.5V (Ti-3-2.5): Содержит 3% алюминия и 2,5% ванадия. Обладает хорошей свариваемостью, высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью, широко используется в аэрокосмической и морской промышленности.
6. Ti-10V-2Fe-3Al (Ti-10-2-3): Этот сплав содержит ванадий, железо и алюминий, обеспечивая высокую прочность и вязкость при повышенных температурах. Он часто используется в аэрокосмических компонентах, подвергающихся высоким нагрузкам и температурным воздействиям.

Вот некоторые из основных типов порошков сплавов на основе титана, каждый из которых имеет особый состав, отвечающий различным требованиям применения.

Порошок высокотемпературного сплава

Порошок высокотемпературного сплава - это тип порошкообразного материала, состоящего из различных легирующих элементов, предназначенных для работы при высоких температурах и в жестких условиях окружающей среды, сохраняя при этом свои механические свойства. Такие порошки обычно используются в процессах аддитивного производства, таких как сплавление в порошковом слое (например, селективное лазерное плавление или электронно-лучевое плавление), для производства деталей для аэрокосмической, автомобильной и других отраслей промышленности, где важны высокие температуры и коррозионная стойкость.

Некоторые распространенные типы порошков высокотемпературных сплавов включают в себя:

1. Сплавы на основе никеля:
   • Порошок Inconel 625
   • Порошок из инконеля 718
   • Порошок Хастеллой X
2. Сплавы на основе кобальта:
   • Стеллит
   • Haynes 188
3. Сплавы на основе железа:
   • Нержавеющая сталь 316L
   • Порошки для инструментальной стали

Эти порошки часто выбираются в зависимости от конкретных требований к применению, таких как термостойкость, коррозионная стойкость, прочность и другие механические свойства, необходимые для конечной детали.

Проектирование системы распыления металла

Комплексная система распыления металла состоит из нескольких подсистем, обеспечивающих транспортировку материала, плавление, распыление и обработку порошка.

Подсистемы в оборудовании для распыления металла

Подсистема	Роль	Используемое оборудование
Обработка материалов	Хранение и поставка сырья	Бункеры, конвейеры, питатели
Таяние	Расплавление металлического сплава в однородную жидкость	Индукционная печь, Дуговая плавильная печь, Электронно-лучевая плавильная печь
Распыление	Разбиение расплава на мелкие капли	Камера распыления, сопла для подачи газа и воды
Обработка порошка	Разделение, охлаждение, сбор и хранение	Циклоны, грохоты, конвейеры, бункеры

При разработке системы распыления металла решающими факторами являются:

• Контроль таких параметров процесса, как температура, давление газа/воды, расход
• Минимизация турбулентности расплава перед распылением
• Конструкция сопла и равномерное распределение струй газа/воды
• Регулирование скорости охлаждения для получения требуемой микроструктуры порошка
• Эффективное отделение порошка от распыляемой среды
• Контейнирование мелкодисперсных порошков и минимизация опасностей
• Контроль качества с помощью лабораторных исследований и точек отбора проб

Технические характеристики оборудования для распыления металлов

Технические характеристики различных систем различны: от лабораторных до высокопроизводительных моделей.

Типовые технические характеристики оборудования для распыления металлов

Параметр	Типовой диапазон
Емкость	1 кг/час до 5000 кг/час
Мощность плавильного агрегата	От 10 кВт до 1 МВт
Температура	от 500°C до 2000°C
Давление	5 бар - 4000 бар
Размер сопла	от 0,5 до 5 мм
Материал сопла	Карбид вольфрама, карбид кремния
Размер порошка	10 мкм - 250 мкм
Шкаф	Нержавеющая сталь, легированная сталь
Высота	2 м - 10 м
Footprint	от 2 м х 2 м до 10 м х 4 м
Система управления	ПЛК, SCADA

Производительность, номинальное давление, температурный диапазон и занимаемая площадь увеличиваются от лабораторных моделей до промышленных систем. Для контроля и регулирования критических параметров процесса требуются высокоточные системы управления.

Стандарты проектирования оборудования для распыления металлов

Для обеспечения безопасной и надежной работы оборудования производители соблюдают конструктивные нормы и стандарты для критических компонентов.

Соответствующие стандарты для оборудования для распыления металла

Компонент	Применяемые стандарты
Сосуды под давлением	ASME SEC VIII Div 1, EN 13445, PD 5500
Трубопроводы	ASME B31.3, ANSI B16.5
Обработка порошка	NFPA 654, EN 14460
Форсунки	ASME MFC-7M
Средства управления	IEC 61131, NFPA 79
Структурная	AISC 360, EN 1993
Состав материала	ASTM, DIN, BS, UNS, EN

Обязательным является соблюдение стандартов, касающихся оборудования, работающего под давлением, горючей пыли, средств контроля, материалов и изготовления конструкций. Поставщики должны иметь системы качества и кодовые маркировки, такие как ASME U или CE.

Области применения порошков для распыления металлов

Уникальные свойства порошков для распыления металлов позволяют использовать их в некоторых ключевых областях:

Основные области применения распыляемых металлических порошков

Приложение	Используемые сплавы	Преимущества
Литье металлов под давлением	Нержавеющая сталь, инструментальная сталь, медь	Высокоточные сложные детали
Аддитивное производство	Титановые, алюминиевые, никелевые сплавы	Нестандартные сплавы, минимум отходов
Термические напыляемые покрытия	Молибден, медь, железные сплавы	Защита от износа и коррозии
Порошковая металлургия	Железо, вольфрам тяжелые сплавы	Пористые детали, магниты
Аэрокосмическая промышленность	Никелевые суперсплавы	Высокопрочные детали двигателя
Биомедицина	Титан, кобальтовый хром	Имплантаты для замены суставов

Микроструктура и форма частиц влияют на сжимаемость, текучесть, плотность и реакцию спекания при изготовлении деталей. Наилучшими характеристиками обладают порошки, распыляемые газом, со сферической морфологией.

Производители оборудования для распыления металлов

К числу ведущих мировых производителей оборудования для распыления металлов на малых, средних и крупных мощностях относятся:

Известные производители оборудования для распыления металлов

Компания	Расположение	Емкости
MET3DP	Китай	Лабораторные, пилотные, производственные масштабы
EIG	США	От малой до высокой производительности
Вакуумные технологии ALD	Германия	Малые лабораторные установки
TLS Technik GmbH	Германия	Средняя производительность
Технология производства материалов Sandvik	Швеция	Крупные производственные системы

Авторитетные производители имеют десятилетия опыта в разработке специализированных систем для различных групп сплавов и требований к порошкам. Они также предлагают вспомогательное оборудование, такое как сита, мельницы, металлографические тестеры.

Диапазон цен на стандартные модели оборудования для распыления металла

Емкость	Диапазон цен
Лабораторные весы (1-5 кг/час)	$100 000 - $250 000
Пилотные масштабы (10-50 кг/час)	$500 000 - $1,5 млн.
Производственные масштабы (200+ кг/час)	$2 млн. - $5 млн.

Более крупные производственные мощности с несколькими потоками распыления, большими плавильными/нагревательными агрегатами, высокотехнологичными системами управления и транспортировки порошка стоят дороже. На цену также влияют местоположение и требования к конкретной площадке.

Как выбрать поставщика оборудования для распыления металлов

Важные факторы, которые необходимо учитывать при выборе поставщика оборудования для распыления металла:

Критерии выбора поставщика оборудования для распыления металла

Параметр	Подробности
Опыт работы	Годы работы, количество поставленных установок
Возможности	Экспертиза персонала, портфель технологий, научно-исследовательская база
Гибкость	Персонализация в соответствии с требованиями к продукту
Соответствие стандартам	Сертификаты, такие как ISO, отраслевые стандарты
Послепродажное обслуживание	Поддержка при установке, обучение, контракты на техническое обслуживание
Стоимость	Модели ценообразования, совокупная стоимость владения
Доставка	Время выполнения заказа, отгрузка, готовность площадки
Расположение	Географическая близость для оказания поддержки

Ищите проверенного игрока, обладающего опытом работы с различными металлами, масштабами и характеристиками порошков. Убедитесь, что они предлагают гибкие решения, отвечающие вашим потребностям. Перед покупкой изучите стоимость технического обслуживания, наличие запасных частей и гарантийные обязательства.

Установка системы распыления металла

Оборудование для распыления металла требует тщательного планирования и установки. Ниже приведены некоторые ключевые рекомендации:

Контрольный список установки оборудования для распыления металла

Деятельность	Подробности
Планирование участка	Обеспечение достаточного пространства, инженерных коммуникаций, вторичной изоляции
Гражданские работы	Бетонные фундаменты, стены, дренажные работы
Сборка	Сборка подсистем в соответствии с чертежами
Утилиты	Электропроводка, технологическая вода, трубопроводы инертных газов
Вентиляция	Вытяжка дыма, фильтрация HEPA
Ввод в эксплуатацию	Сухие и мокрые испытания, пробные партии порошка
Безопасность	Интеграция защитных блокировок, сигнализаций
Документация	Руководства по эксплуатации, чертежи P&ID, отчеты о проверках
Обучение операторов	Аудиторные и практические занятия

Надлежащие инженерные сети, системы безопасности, защитные сооружения и обучение операторов позволяют обеспечить бесперебойный запуск и безопасную эксплуатацию. Поставщики обеспечивают техническую поддержку при монтаже и вводе в эксплуатацию.

Как эксплуатировать систему распыления металла

Постоянное качество порошка зависит от стабильной работы в соответствии со стандартными процедурами:

Руководство по эксплуатации оборудования для распыления металлов

Деятельность	Инструкции
Стартап	Включение коммуникаций, запуск циклов продувки, предварительный нагрев форсунок
Таяние	Загрузите сырье, обеспечьте достаточное время выдержки расплава
Распыление	Откройте клапаны газа/воды до номинального давления
Мониторинг	Наблюдение за формой распыления форсунки, регулировка параметров
Выключение	Остановить распыление, дать расплаву застыть перед сливом
Обработка порошка	Осторожно обращайтесь с горячим порошком, избегайте попадания воздуха
Техническое обслуживание	Проверка расходных деталей, поддержание запасов запасных частей
Безопасность	Убедитесь, что блокировки, вентиляция работают
Проверки качества	Отбор образцов для анализа размеров, морфологии, химии

Необходим постоянный мониторинг таких переменных процесса, как температура, давление, расход воды/газа. Необходимо строго соблюдать графики технического обслуживания и стандартные процедуры эксплуатации.

Требования к техническому обслуживанию оборудования для распыления металлов

Регулярное техническое обслуживание является жизненно важным для обеспечения максимального срока службы и производительности оборудования.

Контрольный список технического обслуживания оборудования для распыления металлов

Подсистема	Деятельность по техническому обслуживанию	Частота
Плавильный агрегат	Осмотр индукционных катушек, зарядных материалов, изоляции	Ежемесячно
Форсунки	Проверить состояние отверстий, заменить форсунки	500 циклов
Камера распыления	Проверка состояния огнеупоров	6 месяцев
Газопроводы	Проверка герметичности, калибровка потока	3 месяца
Водопроводные линии	Осмотр уплотнений, клапанов, насосов	Ежемесячно
Средства управления	Калибровка датчиков, проверка блокировок	3 месяца
Вытяжка дыма	Проверьте фильтры, воздуховоды	Еженедельник
Обработка порошка	Осмотр контейнеров, уплотнений, прокладок	Еженедельник

Во избежание простоев необходимо планировать запасы критически важных расходных материалов, таких как индукционные катушки, сопла, прокладки. Целесообразно заключать с поставщиками годовые контракты на техническое обслуживание.

Преимущества и ограничения распыления металлов

Преимущества и ограничения процесса распыления металла

Преимущества	Ограничения
Точный контроль размера и морфологии частиц	Более высокие капитальные и эксплуатационные затраты
Возможны нестандартные сплавы и микроструктуры	Ограниченная производительность для небольших агрегатов
Требуется минимальный перегрев расплава	Реакционные сплавы требуют инертного газа
Меньшая степень окисления по сравнению с газовым распылением	Неправильная форма порошка при распылении водой
Подходит для реактивных сплавов с использованием инертного газа	Требуется вспомогательное оборудование для обработки порошка
Получение деталей с близкой к сетке формой из порошков	Опасность мелкодисперсных пирофорных порошков требует принятия мер предосторожности

Несмотря на более высокую стоимость, этот процесс лучше всего подходит для небольших партий специализированных порошков. При работе с мелкими металлическими порошками, реагирующими на реакцию, необходимо соблюдать технику безопасности. Более крупные производственные модели обеспечивают лучшую экономию от масштаба при больших объемах производства.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: В чем разница между распылением газа и распылением воды?

О: При газовом распылении используются инертные газы при более низком давлении, что позволяет получать более мелкие и сферические частицы порошка по сравнению с водяным распылением, при котором используется вода при сверхвысоком давлении, что обеспечивает более высокую производительность, но неправильную форму порошка.

Вопрос: Какой размер частиц может быть достигнут при распылении металла?

О: В зависимости от метода и рабочих параметров можно получать частицы размером от 10 до 250 мкм. Газовое распыление позволяет получать более мелкие порошки в диапазоне 10-100 мкм.

Вопрос: Какие металлы можно распылять в порошки?

О: Большинство систем сплавов, включая стали, алюминий, титан, никель, кобальт, медные сплавы, могут быть подвергнуты атомизации. Тугоплавкие металлы с очень высокими температурами плавления трудно поддаются распылению.

Вопрос: Сколько стоит система оборудования для распыления металла?

О: Стоимость варьируется от примерно $100 000 для лабораторных установок до нескольких миллионов долларов для крупных промышленных систем, в зависимости от производительности, автоматизации и требований к настройке.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при распылении металла?

О: Основные требования включают наличие вентилируемых шкафов, циклов продувки инертным газом, защитных блокировок, адекватных систем локализации мелкодисперсных пирофорных металлических порошков, а также средств защиты персонала.

Вопрос: Чем определяется гранулометрический состав распыляемого порошка?

О: На размер частиц влияют такие факторы, как скорость потока расплава, давление распыляющего газа/воды, конструкция форсунки, температура расплава и скорость охлаждения. Оптимизация этих параметров является ключевым фактором для получения требуемого распределения частиц по размерам.

Вопрос: Каковы основные области применения порошка для распыления металлов?

О: Основные области применения - литье металлов под давлением, аддитивное производство, включая 3D-печать, нанесение покрытий методом термического напыления, прессование и спекание порошковой металлургии, авиакосмические компоненты, биомедицинские имплантаты.

Вопрос: Как часто требуется техническое обслуживание оборудования для распыления металла?

О: Для обеспечения максимальной производительности рекомендуется раз в несколько месяцев проводить плановое профилактическое обслуживание таких подсистем, как газопроводы, водопроводы, сопла, индукционные катушки и защитные блокировки. Расходные материалы могут требовать замены каждые несколько сотен циклов в зависимости от условий эксплуатации.

Заключение

При распылении металлов сплавы превращаются в мелкодисперсные сферические или несимметричные порошки с уникальными свойствами, отвечающими требованиям различных отраслей промышленности. Газовое распыление позволяет более тонко контролировать размер и форму частиц по сравнению с распылением воды в больших объемах.

Для оптимальной работы требуется тщательное проектирование подсистем транспортировки, плавления, распыления и сбора порошка. Авторитетные поставщики предлагают настраиваемое оборудование от небольших научно-исследовательских систем до крупных промышленных установок.

Для обеспечения максимальной производительности, эффективности и безопасности при эксплуатации установок распыления металлов необходимы правильная установка, соблюдение мер безопасности, обучение операторов и регулярное техническое обслуживание. Распыляемые металлические порошки позволяют изготавливать высокоэффективные детали, которые трудно получить традиционными методами металлургии.

узнать больше о процессах 3D-печати