Specifikationer för utrustning för metallförstoftning

Metall Atomisering är en tillverkningsprocess som förvandlar metallegeringar till fint pulver. Det innebär att metallen smälts och bryts ned i droppar med hjälp av gas- eller vattenatomisering. Dropparna stelnar snabbt till pulverpartiklar med anpassade storleksintervall.

Pulver för atomisering av metall har unika egenskaper och används inom branscher som fordons- och flygindustrin, biomedicin, 3D-printing med mera. Den här artikeln ger en omfattande översikt över utrustning för metallförstoftning.

Översikt över metallförstoftningsprocessen

Vid metallatomisering används fysikaliska processer för att producera fina metallpulver med exakt kontroll över partikelstorlek, morfologi och mikrostruktur. Här är de viktigaste aspekterna av metallatomiseringsprocessen:

Parametrar	Detaljer
Metoder	Atomisering av gas, atomisering av vatten
Ingångar för metall	Järn-, nickel-, kobolt-, koppar- och aluminiumlegeringar etc.
Smältande	Induktionssmältning, bågsmältning, smältning med elektronstråle
Atomisering	Gas eller vatten under högt tryck delar upp smält metall i droppar
Solidifiering	Snabba kylhastigheter ger fina pulver
Partikelstorlek	Från 10 mikrometer till 250 mikrometer
Partikelform	Sfäriska, satellitformade, oregelbundna former
Tillämpningar	Formsprutning av metall, Additiv tillverkning, Termiska sprutpulver

Utgångspunkten är att metallegeringar i tråd- eller götform matas in i en smältenhet. Smältbadet utsätts sedan för höghastighetsgas- eller vattenstrålar som bryter det till en spray av metalldroppar. När dropparna svalnar snabbt stelnar de till fina sfäriska pulverpartiklar.

Genom att styra processparametrar som gastryck, smältflöde och kylhastighet kan pulver anpassas med avseende på flytbarhet, densitet, storleksintervall, morfologi och mikrostruktur.

Olika typer av utrustning för metallförstoftning

Det finns två huvudtyper av finfördelningsutrustning – VIGA (vakuuminduktion, inert gasatomisering) och EIGA (elektrod-induktion-gasatomisering)-utrustning.

VIGA-utrustning (atomisering med vakuuminduktion och inert gas)

VIGA-utrustning har ett brett utbud av applikationer, främst för produktion av högpresterande järnbaserade, nickelbaserade, koboltbaserade, aluminiumbaserade, kopparbaserade och andra avancerade legeringspulvermaterial. Den används ofta inom flyg, hälsa, verktyg, bil, maskiner, elektronik, ny energi och andra områden och är också lämplig för additiv tillverkning (3D-utskrift), smältdeponering, laserplätering, termisk sprutning, pulvermetallurgi, varm isostatisk pressning och andra avancerade tillverkningsprocesser.

EIGA (elektrod-induktion-gasatomisering)-utrustning

EIGA-utrustning används huvudsakligen för aktiva och eldfasta metall- eller legeringspulver, såsom titan och titanlegeringar, superlegeringar, platina-rhodiumlegeringar, intermetalliska föreningar etc. Pulvren används i stor utsträckning inom selektiv lasersmältning, lasersmältningsdeposition, elektronstrålesmältning, pulvermetallurgi etc.

Metallpulver producerat av metallatomiseringsutrustning

Aluminiumbaserat legeringspulver

Aluminiumbaserat legeringspulver avser finfördelade partiklar som huvudsakligen består av aluminium, tillsammans med andra legeringselement blandade i pulverform. Dessa legeringselement tillsätts för att modifiera aluminiumets egenskaper för specifika tillämpningar. Aluminiumbaserade legeringspulver används ofta i olika industriella processer, bland annat additiv tillverkning, formsprutning av metall, pulvermetallurgi och termisk sprutning.

Här är några av de viktigaste typerna av aluminiumbaserade legeringspulver tillsammans med deras primära legeringselement:

1. Aluminium 6061: Innehåller magnesium och kisel som primära legeringselement. Den har god svetsbarhet, hög hållfasthet och utmärkt korrosionsbeständighet.
2. Aluminium 7075: Förstärkt med zink som det primära legeringselementet, tillsammans med koppar, magnesium och krom. Känt för sitt höga förhållande mellan styrka och vikt och används ofta i flyg- och rymdtillämpningar.
3. Aluminium 2024: Innehåller koppar som primärt legeringselement, tillsammans med mangan och magnesium. Ger utmärkt utmattningshållfasthet och används i strukturella applikationer som kräver hög hållfasthet och bearbetbarhet.
4. Aluminium 5052: Innehåller magnesium som det primära legeringselementet, tillsammans med krom och mangan. Känt för sin utmärkta korrosionsbeständighet i marina miljöer och används ofta vid tillverkning av plåt.
5. Aluminium 5083: Består huvudsakligen av magnesium och har utmärkt korrosionsbeständighet, särskilt i havsvatten. Används i marina applikationer på grund av sin höga hållfasthet och svetsbarhet.

Det här är några av de viktigaste typerna av aluminiumbaserade legeringspulver, var och en med specifika sammansättningar som är skräddarsydda för att uppfylla olika applikationskrav.

Pulver av titanbaserade legeringar

Titanbaserat legeringspulver avser finfördelade partiklar som huvudsakligen består av titan, tillsammans med andra legeringselement blandade i pulverform. Dessa legeringselement tillsätts för att modifiera titanets egenskaper för specifika tillämpningar. Titanbaserade legeringspulver används ofta i olika industriella processer, inklusive additiv tillverkning, pulvermetallurgi och termisk sprutning.

Här är några av de viktigaste typerna av titanbaserade legeringspulver tillsammans med deras primära legeringselement:

1. Ti-6Al-4V pulver (Titan 6-4): Detta är en av de mest använda titanlegeringarna, som innehåller 6% aluminium och 4% vanadin. Den erbjuder utmärkt styrka, korrosionsbeständighet och biokompatibilitet, vilket gör den lämplig för flyg-, medicin- och fordonstillämpningar.
2. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242): Denna legering innehåller aluminium, tenn, zirkonium och molybden som de primära legeringselementen. Den ger hög hållfasthet, seghet och krypbeständighet och används ofta i komponenter för flyg- och rymdindustrin.
3. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246): Liknar Ti-6242 men med högre molybdenhalt för förbättrad hållfasthet och krypmotstånd, särskilt vid förhöjda temperaturer.
4. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti-6242S): Denna legeringsvariant innehåller en liten mängd kisel för förbättrad svetsbarhet och förbättrade mekaniska egenskaper, särskilt i svetsfogar.
5. Ti-3Al-2,5V (Ti-3-2,5): Innehåller 3% aluminium och 2,5% vanadin. Den har god svetsbarhet, hög hållfasthet och utmärkt korrosionsbeständighet och används ofta i flyg- och marina applikationer.
6. Ti-10V-2Fe-3Al (Ti-10-2-3): Denna legering innehåller vanadin, järn och aluminium och ger hög hållfasthet och seghet vid förhöjda temperaturer. Den används ofta i flyg- och rymdkomponenter som utsätts för höga påfrestningar och temperaturmiljöer.

Det här är några av de viktigaste typerna av titanbaserade legeringspulver, var och en med specifika sammansättningar som är skräddarsydda för att uppfylla olika applikationskrav.

Pulver av högtemperaturlegeringar

Högtemperaturlegeringspulver avser en typ av pulvermaterial som består av olika legeringselement, utformade för att motstå höga temperaturer och tuffa miljöer samtidigt som de behåller sina mekaniska egenskaper. Dessa pulver används ofta i additiva tillverkningsprocesser som pulverbäddsfusion (t.ex. selektiv lasersmältning eller elektronstrålesmältning) för att tillverka delar för flyg-, fordons- och andra industrier där höga temperaturer och korrosionsbeständighet är avgörande.

Några vanliga typer av legeringspulver för höga temperaturer inkluderar:

1. Nickelbaserade legeringar:
   • Inconel 625 pulver
   • Inconel 718 pulver
   • Hastelloy X pulver
2. Koboltbaserade legeringar:
   • Stellit
   • Haynes 188
3. Järnbaserade legeringar:
   • Rostfritt stål 316L
   • Pulver för verktygsstål

Dessa pulver väljs ofta utifrån specifika applikationskrav som temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, styrka och andra mekaniska egenskaper som krävs för den slutliga detaljen.

Design av system för metallförstoftning

Ett komplett system för atomisering av metall består av flera delsystem för materialhantering, smältning, atomisering och pulverbearbetning.

Delsystem i en utrustning för metallförstoftning

Delsystem	Roll	Utrustning som används
Materialhantering	Lagring och leverans av råmaterial	Hoppers, transportörer, matare
Smältande	Smältning av metallegering till enhetlig vätska	Induktionsugn, smältugn med ljusbåge, smältugn med elektronstråle
Atomisering	Bryter smältan till fina droppar	Atomiseringskammare, gas-/vattenmunstycken
Pulverhantering	Separering, kylning, uppsamling och förvaring	Cykloner, siktar, transportörer, behållare

Kritiska faktorer vid utformningen av ett metallförstoftningssystem inkluderar:

• Styrning av processparametrar som temperatur, gas-/vattentryck, flödeshastigheter
• Minimering av smältturbulens före finfördelning
• Munstycksdesign och jämn fördelning av gas-/vattenstrålar
• Kontroll av kylhastigheten för önskad pulvermikrostruktur
• Effektiv pulverseparation från finfördelningsmediet
• Inneslutning av fina pulver och minimering av faror
• Kvalitetskontroll genom laboratorietester och provtagningspunkter

Specifikationer för utrustning för metallförstoftning

De tekniska specifikationerna varierar mellan olika kapacitetssystem, från laboratorieskala till högproduktionsmodeller.

Typiska specifikationer för utrustning för metallförstoftning

Parameter	Typiskt intervall
Kapacitet	1 kg/timme till 5000 kg/timme
Smältenhetens effekt	10 kW till 1 MW
Temperatur	500°C till 2000°C
Tryck	5 bar till 4000 bar
Munstycksstorlek	0.5 mm till 5 mm
Material för munstycke	Volframkarbid, kiselkarbid
Pulverstorlek	10 μm till 250 μm
Inkapsling	Rostfritt stål, legerat stål
Höjd	2m till 10m
Fotavtryck	2m x 2m till 10m x 4m
Styrsystem	PLC, SCADA

Kapaciteten, tryckklassningen, temperaturområdet och utrymmet ökar från laboratoriemodeller till industriella produktionssystem. Styrningar med hög precision krävs för att övervaka och reglera kritiska processparametrar.

Designstandarder för utrustning för metallförstoftning

Utrustningstillverkare följer konstruktionskoder och standarder för kritiska komponenter för att garantera säker och tillförlitlig drift.

Relevanta standarder för utrustning för metallförstoftning

Komponent	Tillämpliga standarder
Tryckkärl	ASME SEC VIII Div 1, EN 13445, PD 5500
Rör	ASME B31.3, ANSI B16.5
Pulverhantering	NFPA 654, EN 14460
Munstycken	ASME MFC-7M
Kontroller	IEC 61131, NFPA 79
Strukturell	AISC 360, EN 1993
Materialets sammansättning	ASTM, DIN, BS, UNS, EN

Det är obligatoriskt att följa standarder som rör tryckbärande utrustning, brännbart damm, kontroller, material och strukturell tillverkning. Leverantörer måste ha kvalitetssystem och kodstämplar som ASME U- eller CE-märkning.

Tillämpningar av metallatomiseringspulver

De unika egenskaperna hos metallatomiseringspulver gör dem lämpliga för vissa viktiga applikationer:

Viktiga användningsområden för metallatomiserade pulver

Tillämpning	Använda legeringar	Fördelar
Formsprutning av metall	Rostfritt stål, verktygsstål, koppar	Komplexa delar med hög precision
Additiv tillverkning	Titan, aluminium, nickellegeringar	Anpassade legeringar, minimalt spill
Termiska sprutbeläggningar	Molybden, koppar, järnlegeringar	Slitage & korrosionsskydd
Pulvermetallurgi	Järn, volfram tunga legeringar	Porösa delar, magneter
Flyg- och rymdindustrin	Superlegeringar av nickel	Motordelar med hög hållfasthet
Biomedicinsk	Titan, koboltkrom	Implantat för ledproteser

Mikrostrukturen och partikelformen påverkar kompressibilitet, flytbarhet, förtätning och sintringsrespons under komponenttillverkningen. Gasatomiserade pulver med sfärisk morfologi ger bäst prestanda.

Tillverkare av utrustning för metallförstoftning

Några ledande globala tillverkare av utrustning för metallförstoftning med små, medelstora och stora kapaciteter är

Framstående tillverkare av utrustning för metallförstoftning

Företag	Plats	Kapacitet
MET3DP	Kina	Labb-, pilot- och produktionsskala
EIG	USA	Liten till hög kapacitet
ALD Vacuum Technologies	Tyskland	Små laboratorieenheter
TLS Teknik GmbH	Tyskland	Medelstor kapacitet
Sandvik Materialteknik	Sverige	Stora produktionssystem

Välrenommerade tillverkare har årtionden av erfarenhet av att utforma kundanpassade system för olika legeringsgrupper och pulverkrav. De erbjuder också hjälputrustning som siktar, kvarnar och metallografiska testare.

Prisintervall för standardmodeller av utrustning för metallförstoftning

Kapacitet	Prisintervall
Labbskala (1-5 kg/timme)	100 000 till 250 000 dollar
Pilotskala (10-50 kg/timme)	500 000 till 1,5 miljoner dollar
Produktionsskala (200+ kg/timme)	2 miljoner till 5 miljoner dollar

Större produktionskapacitet med flera atomiseringsflöden, större smält-/uppvärmningsenheter, avancerade styrsystem och pulverhanteringssystem är dyrare. Plats- och anläggningsspecifika krav påverkar också prissättningen.

Hur man väljer en leverantör av utrustning för metallförstoftning

Viktiga faktorer att tänka på när man väljer leverantör av utrustning för metallförstoftning:

Urvalskriterier för leverantör av utrustning för metallförstoftning

Parameter	Detaljer
Erfarenhet	Antal år i branschen, antal levererade installationer
Kapacitet	Personalens kompetens, teknikportfölj, FoU-anläggningar
Flexibilitet	Anpassning för att uppfylla produktkrav
Överensstämmelse med standarder	Certifieringar som ISO, branschstandarder
Service efter försäljning	Installationssupport, utbildning, underhållsavtal
Kostnad	Prissättningsmodeller, total ägandekostnad
Leverans	Ledtid, leverans, platsberedskap
Plats	Geografisk närhet för stöd

Leta efter en etablerad aktör med beprövad expertis inom olika metaller, skalor och pulverspecifikationer. Säkerställ att de erbjuder flexibla lösningar som är skräddarsydda för dina behov. Granska underhållskostnader, tillgång till reservdelar och garantier före inköp.

Installera ett system för metallförstoftning

Utrustning för finfördelning av metall kräver noggrann planering och installation. Nedan följer några viktiga riktlinjer:

Checklista för installation av utrustning för metallförstoftning

Aktivitet	Detaljer
Planering av platsen	Se till att det finns tillräckligt med utrymme, verktyg och sekundär inneslutning
Anläggningsarbeten	Betongfundament, väggar, dräneringsarbeten
Montering	Montera delsystem enligt ritningar
Verktyg	Ledningar för el, processvatten och inert gas
Ventilation	Rökutsug, HEPA-filtrering
Driftsättning	Torr & våtprovning, provkörning av pulver
Säkerhet	Integrera säkerhetsspärrar, larm och
Dokumentation	Drifthandböcker, P&ID-ritningar, inspektionsrapporter
Utbildning av operatörer	Klassrumsutbildning och praktisk utbildning

Korrekta verktyg, säkerhetssystem, inneslutningsstrukturer och operatörsutbildning bidrar till att säkerställa smidig uppstart och säker drift. Leverantörerna tillhandahåller teknisk support under installation och driftsättning.

Hur man använder ett system för metallförstoftning

Pulver med jämn kvalitet är beroende av stabil drift enligt standardprocedurer:

Riktlinjer för drift av utrustning för metallförstoftning

Aktivitet	Instruktioner
Nystartad verksamhet	Starta verktyg, kör rensningscykler, förvärm munstycken
Smältande	Ladda råmaterialet och låt smältan ligga i blöt tillräckligt länge
Atomisering	Öppna gas- och vattenventilerna till nominellt tryck
Övervakning	Observera munstyckets sprutmönster, justera parametrarna
Avstängning	Stoppa finfördelningen, låt smältan stelna innan tappning
Pulverhantering	Hantera hett pulver försiktigt, undvik luftinträngning
Underhåll	Inspektera förbrukningsartiklar, underhålla reservdelslager
Säkerhet	Se till att förreglingsanordningar och ventilation fungerar
Kvalitetskontroller	Ta prover för analys av storlek, morfologi och kemi

Kontinuerlig övervakning av processvariabler som temperatur, tryck och vatten-/gasflöde krävs. Underhållsscheman och standardiserade driftsprocedurer måste följas strikt.

Underhållskrav för utrustning för metallförstoftning

Rutinmässigt underhåll är avgörande för att maximera utrustningens livslängd och prestanda.

Checklista för underhåll av utrustning för metallatomisering

Under-system	Underhållsaktiviteter	Frekvens
Enhet för smältning	Inspektera induktionsspolar, laddningsmaterial, isolering	Månadsvis
Munstycken	Kontrollera munstyckets skick, byt ut munstyckena	500 cykler
Atomiseringskammare	Inspektera eldfasthetens skick	6 månader
Gasledningar	Kontrollera för läckage, flödeskalibrering	3 månader
Vattenledningar	Inspektera tätningar, ventiler, pumpar	Månadsvis
Kontroller	Kalibrera sensorer, testa spärrar	3 månader
Utsugning av rökgaser	Kontrollera filter, kanaler	Veckovis
Pulverhantering	Inspektera behållare, tätningar, packningar	Veckovis

Kritiska förbrukningsartiklar som induktionsspolar, munstycken och packningar kräver lagerplanering för att undvika driftstopp. Årliga underhållsavtal med leverantörerna är att rekommendera.

Fördelar och begränsningar med metallförstoftning

Fördelar och begränsningar med metallförstoftningsprocessen

Fördelar	Begränsningar
Exakt kontroll över partikelstorlek och morfologi	Högre kapital- och driftskostnader
Möjlighet till anpassade legeringar och mikrostrukturer	Begränsad produktivitet för mindre enheter
Minimal överhettning av smältan krävs	Reaktiva legeringar kräver inert gas
Lägre oxidation jämfört med gasatomisering	Oregelbunden pulverform med vattenatomisering
Lämplig för reaktiva legeringar med inert gas	Kräver extra utrustning för pulverhantering
Nära nätformade detaljer från pulver	Säkerhetsrisker med fina pyrofora pulver kräver försiktighetsåtgärder

Processen lämpar sig bäst för små partier av specialpulver, trots högre kostnader. Säkerhetsrutiner för hantering av reaktiva finmetallpulver är nödvändiga. Större produktionsmodeller ger bättre skalfördelar för applikationer med höga volymer.

VANLIGA FRÅGOR

F: Vad är skillnaden mellan gas- och vattenatomisering?

A: Gasatomisering använder inerta gaser vid lägre tryck för att producera finare och mer sfäriska pulverpartiklar jämfört med vattenatomisering som använder vatten vid ultrahöga tryck för högre genomströmning men oregelbundna pulverformer.

F: Vilken partikelstorlek kan uppnås med metallförstoftning?

S: Partikelstorlekar från cirka 10 mikrometer till 250 mikrometer kan produceras beroende på metod och driftsparametrar. Gasatomisering kan producera finare pulver i intervallet 10-100 mikron.

F: Vilka metaller kan finfördelas till pulver?

S: De flesta legeringssystem, inklusive stål, aluminium, titan, nickel, kobolt och kopparlegeringar, kan atomiseras. Eldfasta metaller med mycket höga smältpunkter är svåra att atomisera.

F: Hur mycket kostar ett system för metallförstoftningsutrustning?

S: Kostnaderna varierar från cirka 100.000 dollar för laboratorieenheter upp till flera miljoner dollar för stora industriella system, beroende på kapacitet, automatisering och anpassningskrav.

F: Vilka säkerhetsåtgärder krävs för atomisering av metall?

S: Viktiga krav är ventilerade kapslingar, cykler för spolning med inert gas, säkerhetsspärrar, lämpliga inneslutningssystem för fina pyrofora metallpulver och skyddsutrustning för personalen.

F: Vad bestämmer partikelstorleksfördelningen för finfördelat pulver?

S: Partikelstorleken påverkas av faktorer som smältflödeshastighet, finfördelningsgas/vattentryck, munstycksdesign, smälttemperatur och kylhastighet. Optimering av dessa parametrar är nyckeln till önskad storleksfördelning.

F: Vilka är de viktigaste användningsområdena för metallatomiseringspulver?

A: Viktiga tillämpningar är formsprutning av metall, additiv tillverkning inklusive 3D-utskrifter, beläggningar genom termisk sprutning, pressning och sintring genom pulvermetallurgi, komponenter för flygindustrin, biomedicinska implantat.

F: Hur ofta krävs underhåll för utrustning för metallförstoftning?

S: Förebyggande rutinunderhåll rekommenderas varannan månad på delsystem som gasledningar, vattenledningar, munstycken, induktionsspolar och säkerhetslås för att maximera prestandan. Förbrukningsartiklar kan behöva bytas ut efter några hundra cykler beroende på användning.

Slutsats

Metallatomisering omvandlar legeringar till fina sfäriska eller oregelbundna pulver med unika egenskaper som är skräddarsydda för krävande applikationer i olika branscher. Gasatomisering möjliggör finare kontroll över partikelstorlek och form jämfört med vattenatomisering i större volymer.

För optimal prestanda krävs noggrann utformning av delsystem för materialhantering, smältning, finfördelning och pulveruppsamling. Välrenommerade leverantörer tillhandahåller anpassningsbar utrustning som sträcker sig från små FoU-system till stora industriella kapaciteter.

Korrekt installation, säkerhetsfunktioner, operatörsutbildning och rutinunderhåll är avgörande för att maximera produktion, effektivitet och säkerhet vid drift av metallförstoftningsenheter. De finfördelade metallpulvren möjliggör tillverkning av högpresterande komponenter som annars är svåra att producera via konventionella metallurgiska metoder.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser