Плазменные порошковые процессы с вращающимися электродами: Исчерпывающее руководство

Обзор

Порошок плазменного вращающегося электрода (PREP) - это разновидность сферического порошка, получаемого методом PREP. Порошки PREP обладают уникальными свойствами, позволяющими использовать их в различных областях, таких как термическое напыление покрытий, аддитивное производство металлов и литье металлов под давлением.

К числу основных характеристик порошка PREP относятся:

• Высокая сферическая морфология с гладкой поверхностью
• Управляемая микроструктура с мелким размером зерна
• Низкая пористость и высокая плотность
• Отличная текучесть и распределяемость
• Высокая плотность упаковки
• Хорошие характеристики смешивания
• Возможность производства сплавов и композитов

PREP позволяет настраивать такие характеристики порошка, как гранулометрический состав, состав, плотность, содержание оксидов и др. Регулируя параметры процесса PREP, можно создавать порошки, отвечающие конкретным требованиям.

Типы порошков PREP

Порошковый материал	Состав	Основные свойства и области применения
Никелевый сплав	NiCr, NiCrAlY, NiCoCrAlY	Стойкость к окислению и коррозии. Покрытия, наносимые термическим распылением.
Кобальтовый сплав	CoCr, CoCrAlY, CoNiCrAlY	Высокотемпературная прочность. Покрытия для термического напыления.
Нержавеющая сталь	316L, 304L	Коррозионная стойкость. Металл AM, MIM.
Инструментальная сталь	H13, P20	Высокая твердость. Металл AM, MIM.
Титановый сплав	Ti6Al4V, TiAl	Высокое соотношение прочности и веса. Биомедицинские имплантаты, аэрокосмическая промышленность.
Медный сплав	CuCrZr	Высокая теплопроводность. Электронные применения.
Алюминиевый сплав	AlSi12	Легкий вес. Автомобильные компоненты.
Вольфрамовый сплав	WNiFe, WCo	Высокая плотность. Защита от излучения.

Состав и микроструктура

PREP позволяет тщательно контролировать состав порошка и его микроструктурные особенности:

• Легирующие элементы могут быть модифицированы для достижения желаемых свойств
• Микросегрегация сведена к минимуму по сравнению с распылением газа
• Мелкозернистая микроструктура с равномерным распределением фаз
• Пористость и содержание оксидов могут быть снижены до очень низких уровней
• После легирования сохраняется сферическая морфология

Основные свойства порошка PREP

Недвижимость	Описание	Преимущества
Распределение частиц по размерам	PREP позволяет добиться узкого распределения с контролируемым d50.	Обеспечивает равномерное плавление и стабильные свойства.
Морфология	Сферическая форма, гладкая поверхность.	Отличная текучесть и плотность упаковки.
Кажущаяся плотность	Может быть оптимизирована в зависимости от требований.	Повышенная плотность улучшает распределение порошка.
Текучесть	Измеряется методом расходомера Холла.	Обеспечивает равномерную подачу и распределение порошка.
Плотность упаковки	Высокая плотность упаковки - до 60%.	Максимальное увеличение объемной доли металлического порошка в детали.
Содержание оксидов	Достигнут уровень оксида ниже 0,2%.	Уменьшает количество оксидных включений в готовой детали.
Микроструктура	Мелкозернистый и однородный.	Равномерное распределение имущества в финальной части.
Химия поверхности	Химический состав точно контролируется.	Оптимизировано образование оксидов, смачиваемость и растекание.

Области применения порошка PREP

Порошок PREP используется в различных отраслях промышленности благодаря своим особым свойствам:

Термические напыляемые покрытия

• Отличная текучесть обеспечивает равномерную подачу и качество покрытия
• Контролируемый гранулометрический состав оптимизирует плавление и минимизирует количество нерасплавленного порошка
• Гладкая морфология поверхности повышает плотность покрытия и прочность адгезии
• Низкое содержание оксидов предотвращает появление оксидных включений в покрытии
• Сферическая форма обеспечивает более высокую эффективность осаждения

Металл Аддитивное производство

• Высокая плотность упаковки позволяет использовать большее количество материала на слой, что уменьшает количество пустот
• Гладкая морфология поверхности обеспечивает равномерное плавление и растекание расплава
• Контролируемый гранулометрический состав предотвращает проблемы сегрегации
• Низкий уровень поверхностного оксида обеспечивает хорошее межчастичное сцепление
• Сферичность и текучесть сводят к минимуму проблемы с подачей порошка

Литье металлов под давлением

• Высокая плотность упаковки обеспечивает максимальную плотность спекания
• Равномерное распределение частиц по размерам предотвращает сегрегацию
• Хорошая текучесть и совместимость обеспечивают однородное смешивание
• Низкое содержание оксидов предотвращает появление дефектов спекания
• Контролируемый состав позволяет получить желаемые свойства после спекания

Технические характеристики

Типовые технические характеристики порошка PREP:

Параметр	Диапазон
Размер частиц	10 - 150 мкм
Распределение частиц по размерам	Возможность управления D10, D50, D90
Морфология	Высокая сферичность ≥ 0,9
Кажущаяся плотность	До 60% теоретической плотности
Текучесть по залу	< 30 с/50 г
Содержание оксидов	< 0,2 wt%
Микроструктура	Мелкозернистость < 10 мкм
Химия поверхности	Точный контроль уровней O, C, N

Поставщики и ценообразование

К числу ведущих мировых поставщиков порошков PREP относятся:

Поставщик	Расположение
Sandvik	Швеция
Praxair	США
Hoganas	Швеция
CNPC Powder Group	Китай

Цена на порошок PREP варьируется в зависимости от:

• Основной металл (Ni, Co, сталь)
• Состав сплава
• Распределение частиц по размерам
• Количество заказов
• Уровень персонализации

Ориентировочные цены составляют от $50/кг до $120/кг для распространенных сплавов. Нестандартные сплавы и гранулометрический состав могут увеличить стоимость.

Сравнение с порошком, распыляемым газом

Параметр	Порошок PREP	Газовый распыляемый порошок
Форма частиц	Высокая сферичность	Неравномерный, присутствуют спутники
Содержание оксидов	Очень низкий <0,2%	Обычно 0,5-2%
Пористость	Почти полная плотность	Может иметь пористость 10-20%
Однородность сплава	Отличный	Склонность к сегрегации
Текучесть	Очень хорошо	Ниже за счет спутников
Плотность упаковки	До 60%	Обычно 30-40%
Химия поверхности	Точный контроль	Изменяется в зависимости от процесса
Стоимость	Выше	Более низкие капитальные затраты

Преимущества порошка PREP

• Отличная сферическая морфология для обеспечения текучести
• Контролируемый гранулометрический состав
• Низкая пористость и содержание оксидов
• Однородность сплава и тонкая микроструктура
• Настраиваемый состав и свойства
• Высокая плотность упаковки для AM и MIM

Ограничения порошка PREP

• Более высокая стоимость по сравнению с порошком, распыляемым газом
• Ограничивается частицами меньшего размера, обычно менее 150 мкм
• Требуется расширенный контроль и оптимизация процессов
• Ограниченная производительность по сравнению с газовым распылением
• Ограничение на некоторые цветные металлы, такие как Ni, Co и стали

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Что такое порошковый плазменный вращающийся электродный процесс (ПРЭП)?

О: Порошок PREP представляет собой высокосферический металлический порошок, изготовленный по методу PREP, который предполагает вращение электрода в плазменной дуге под точным контролем для достижения желаемых характеристик порошка.

Вопрос: Из каких материалов может быть изготовлен порошок PREP?

О: К распространенным материалам относятся никель, кобальт, нержавеющая сталь, инструментальная сталь, титан, алюминий и медные сплавы. Другие сплавы и композиты также возможны с помощью PREP.

Вопрос: Каковы основные преимущества порошка PREP?

О: Ключевыми преимуществами являются отличная сферичность и текучесть, контролируемое распределение частиц, низкий уровень пористости и оксидов, тонкая и однородная микроструктура, настраиваемый состав и высокая плотность упаковки.

Вопрос: Для чего используется порошок PREP?

О: Основными областями применения являются термическое напыление покрытий, аддитивное производство металлов и литье металлов под давлением благодаря своим особым свойствам.

Вопрос: Чем порошок PREP отличается от порошка, распыляемого газом?

A: Порошок PREP имеет более высокую сферичность, меньшее количество оксидов, меньшую пористость, более однородный состав и микроструктуру по сравнению с порошком, распыляемым газом.

Вопрос: Является ли порошок PREP более дорогим, чем порошок, распыляемый газом?

О: Да, порошок PREP обычно стоит дороже из-за большей сложности процесса и необходимости контроля. Однако он обладает значительными преимуществами по сравнению с порошком, распыляемым газом.

Вопрос: Какой размер частиц имеет порошок PREP?

О: Обычный диапазон составляет от 10 до 150 мкм. Возможны как меньшие, так и большие размеры, но они встречаются реже. Гранулометрический состав также может регулироваться в соответствии с требованиями.

Вопрос: Имеет ли порошок PREP ограниченные варианты сплавов?

О: Технология PREP наиболее широко применяется для сплавов никеля, кобальта и нержавеющей стали. Однако постоянное развитие процесса расширяет круг возможных систем сплавов, включая такие реакционноспособные материалы, как титан и алюминий.

Вопрос: Может ли порошок PREP быть изготовлен по индивидуальному заказу для конкретных применений?

О: Да, индивидуальный подход является одним из ключевых преимуществ PREP. Характеристики частиц и состав сплава могут быть подобраны в соответствии с требованиями для термического напыления, AM, MIM и т.д.