Översikt över pulver av rostfritt stål

Pulver av rostfritt stål är ett mångsidigt material med tillämpningar inom många branscher. Den här guiden ger en omfattande översikt över rostfritt stålpulver, inklusive tillverkningsmetoder, kvaliteter, egenskaper, användningsområden och mycket mer.

Översikt över pulver av rostfritt stål

Pulver av rostfritt stål avser partiklar av rostfritt stål i pulverform. Det tillverkas genom att finfördela eller reducera rostfritt stål till ett fint pulver för olika industriella ändamål.

Några viktiga egenskaper och fördelar med pulver av rostfritt stål är

• Hög hållfasthet och hållbarhet
• Motståndskraft mot korrosion och slitage
• Förmåga att sintras till komplexa former
• Utbud av legeringselement för att anpassa egenskaperna
• Återvinningsbarhet
• Kostnadseffektivitet

Rostfritt stålpulver används i applikationer som 3D-utskrift, ytbeläggning, lödning, svetsning, pulvermetallurgiska delar med mera. Den globala marknadsstorleken för pulver av rostfritt stål var över $1 miljarder 2021 och förväntas växa med en CAGR på över 8% från 2022 till 2030.

Typer av Pulver av rostfritt stål

Det finns olika kvaliteter och typer av rostfritt stålpulver som kategoriseras efter mikrostruktur, legeringselement, egenskaper och avsedda användningsområden.

Tillverkningsprocess för pulver av rostfritt stål

Pulver av rostfritt stål kan tillverkas med olika metoder. De viktigaste tillverkningsprocesserna inkluderar:

Atomisering - Smälta legeringar av rostfritt stål finfördelas till fina droppar som stelnar till pulverpartiklar. Atomiseringsmetoder med vatten, gas, plasma eller centrifugal används. Detta ger sfäriska, raffinerade pulver som är idealiska för 3D-utskrift.

Elektrolys - Ett föremål av rostfritt stål är upphängd som anod i en elektrolytisk cell. Syre som genereras vid anoden reagerar med stålet och bildar järn- och kromoxidpulver.

Fräsning - Rostfritt stålskrot mals mekaniskt till en oregelbunden, kantig pulverform som lämpar sig väl för pressning till kompakter. Lägre kostnad men bredare partikelstorleksfördelning.

Minskning - Oxider av rostfritt stål reduceras med hjälp av väte eller kolmonoxid för att producera ett fint pulver av rostfritt stål.

Formsprutning av metall - En råvara av rostfritt stålpulver och bindemedel formsprutas och sintras sedan för att skapa komplexa nätformade delar.

Varje metod resulterar i pulver med olika storlek, form, renhet och kostnad. Tillverkningsprocessen skräddarsys utifrån applikationen.

Rostfritt stålpulver - olika kvaliteter

Olika standardkvaliteter av rostfritt stålpulver finns kommersiellt tillgängliga. Vanliga legeringselement är krom, nickel, molybden, mangan och kväve. Här är några av de mest använda kvaliteterna:

• 304/304L - Mest populära kvalitet, utmärkt korrosionsbeständighet
• 316/316L - tillsatt molybden för korrosionsbeständighet mot pitting/sprickor
• 410 - Martensitisk grundkvalitet, för allmänna ändamål
• 420 - Högre kolhalt, används för skärverktyg
• 17-4PH - Martensitisk utskiljningshärdande kvalitet, god hållfasthet
• 15-5PH - Utskiljningshärdning, högre hållfasthet och hårdhet
• Anpassade kvaliteter - Optimerad sammansättning för sintring, 3D-utskrift etc.

Egenskaper hos pulver av rostfritt stål

Viktiga egenskaper hos pulver av rostfritt stål är bl.a:

Partikelstorlek - Generellt 5 till 150 mikrometer. Smalare fördelning förbättrar sintringen.

Morfologi - Formen är sfärisk för finfördelning, oregelbunden för fräsning. Påverkar flöde och packningstäthet.

Skenbar densitet - Typiskt 40 till 50% av verklig densitet vilket indikerar porositet mellan partiklarna.

Flytbarhet - Viktig för formfyllning. Förbättras av sfäriska partiklar och tillsatser.

Kompressibilitet - Grad av förtätning vid komprimering. Kritisk för sintring.

Sintringsbarhet - Förmåga att binda till tät massa vid upphettning. Påverkas av renhet, storlek och form.

Legeringens sammansättning - Fastställer egenskaper som hållfasthet, korrosionsbeständighet, slitstyrka etc.

Genom att kontrollera pulvrets egenskaper och sammansättning kan egenskaperna hos de färdiga sintrade delarna skräddarsys efter applikationens behov.

Tillämpningar av Pulver av rostfritt stål

Några viktiga användningsområden för pulver av rostfritt stål är

3D-utskrift

3D-printing, som också kallas additiv tillverkning, bygger upp delar lager för lager av rostfritt stålpulver med hjälp av laser- eller elektronstråleenergi. Fördelarna är designfrihet, minskat spill, snabb prototyptillverkning och massanpassning. Vanliga metoder är direkt metallsintring (DMLS), selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM).

Pulvermetallurgi

Inom pulvermetallurgi komprimeras rostfritt stålpulver och sintras sedan för att tillverka högpresterande delar som växlar, filter och fordonskomponenter. Gör det möjligt att massproducera komplexa former till låg kostnad med minimalt materialspill.

Ytbeläggningar

Pulverlackeringar av rostfritt stål appliceras med termisk sprutning eller laserplätering. Ger slitstyrka, korrosionsskydd, termiska barriärer och elektrisk ledningsförmåga till komponentytor som arbetar under krävande förhållanden.

Lödning och hårdlödning

Pulverpasta för rostfritt stål kan användas som fyllnadsmaterial för att sammanfoga komponenter av rostfritt stål som kräver sammanfogning av olika material eller stora fogspalter. Hårdlödning ger starka fogar vid höga temperaturer.

Svetsning

Specialiserade flödeshärdade trådar av rostfritt stålpulver används för svetsning av material av rostfritt stål, vilket förbättrar svetshållfastheten och korrosionsbeständigheten jämfört med solid tråd. Pulverkärnan innehåller legeringsämnen.

Aktivt kol i granulatform

Pulver av rostfritt stål tillsätts under tillverkningen av aktivt kol för att öka den mekaniska hållfastheten och nötningsbeständigheten för vattenbehandlingsapplikationer.

Andra nischapplikationer

Pulver av rostfritt stål används också för tillverkning av diamantverktyg, som prekursor för nanomaterial, för elektromagnetisk avskärmning, för tillverkning av kärnor av stålpulver och som friktionsmaterial.

Hur man väljer pulver av rostfritt stål

Valet av lämpligt pulver av rostfritt stål beror på faktorer som t.ex:

• Avsedd tillämpning - Detta avgör vilka pulveregenskaper och vilken legeringsgrad som krävs. Till exempel 316L-pulver för korrosionsbeständighet eller maråldrat stål för styrka.
• Produktionsprocess - Atomiserat, malet eller blandat pulver skräddarsytt för AM, pressning, termisk sprutning etc.
• Partikelstorlek och -form - Sfäriskt och fint pulver runt 20 mikrometer för AM jämfört med oregelbundet större pulver för pressning.
• Renhetsgrad - Hög renhet över 99,5% är nödvändig för kritiska tillämpningar som medicinska implantat.
• Skenbar densitet - Högre densitet än 3 g/cc är önskvärt för bättre flöde och packning.
• Kostnad - Priserna varierar från $50-$150 per kg beroende på kvalitet, renhet, partikelegenskaper och inköpsvolym.

Bland de ledande globala leverantörerna finns Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies och CNPC Powder som kan erbjuda pulver som är optimerade för specifika krav. Det är bäst att ha ett nära samarbete med leverantörerna under utvecklingen av nya produkter.

Jämförelse av tillverkningsprocesser för pulver av rostfritt stål

Installation av produktionsanläggning för pulver av rostfritt stål

Installation av en produktionsanläggning för pulver av rostfritt stål kräver uppmärksamhet på faktorer som:

• Val av plats - Tillräckligt utrymme för utrustning, lagring av råmaterial och produkter, verktyg, avloppsrening. Enkel åtkomst för transporter.
• Verktyg - Elektrisk strömförsörjning, processvatten, tryckluft, ledningar för inert gas.
• Stiftelse - Stark betongfundament för finfördelare, kvarnar och reduktionsugnar. Vibrationsdämpande stöd.
• Maskiner - Installera viktig utrustning som högtemperaturugnar, handskboxar, finfördelare, kvarnar, cykloner och siktar enligt tillverkarens anvisningar.
• Hjälpsystem - Materialhantering, stoftavskiljning, gasrening, avfallshantering, styrning och automation.
• Säkerhet - Explosionssäker elektrisk utrustning, brandbekämpning, tillräcklig ventilation, personlig skyddsutrustning för hantering av metallpulver.
• Driftsättning - Provkörningar för att verifiera pulverkvalitet, produktionstakt, säker materialhantering och miljöhänsyn.
• Certifiering - Registrering av kvalitetssystem enligt ISO 9001. Branschspecifika certifieringar från ASME, ASTM etc.

Korrekt installation och driftsättning av erfarna specialister säkerställer att en pulveranläggning för rostfritt stål har en säker, optimerad drift och maximal produktionskapacitet.

Drift och underhåll av utrustning för rostfritt stålpulver

För att uppnå jämn kvalitet och produktivitet för pulver av rostfritt stål omfattar de viktigaste riktlinjerna för drift och underhåll

• Följa standardrutiner för uppstart, nedstängning, batchplanering, materialhantering, säkerhetssystem och miljöövervakning.
• Övervaka viktiga processparametrar som temperatur, tryck, flödeshastighet och energiförbrukning och håll dem inom optimerade gränser.
• Ta representativa prover av pulverpartier och testa storlek, form, kemi, densitet och flytbarhet enligt ASTM-standarder.
• Utföra förebyggande underhåll enligt schema för ugnar, gasledningar, finfördelare, cykloner, hammarkvarnar, siktar etc.
• Inspektera roterande utrustning som motorer, växlar och pumphjul med avseende på vibrationer och buller och smörj lagren.
• Ofta kalibrera instrument som tryckmätare, RTD, flödesmätare för att säkerställa noggrannhet.
• Inspektera eldfasta och värmeelement i ugnar och reparera/byt ut vid behov för att undvika oplanerade haverier.
• Se till att dammutsugningssystemen fungerar effektivt för att minimera explosionsriskerna. Följ SOP:er för städning.
• Granska regelbundet processäkerhetssystem som nödstopp, brand-/gasdetektering och ventilation.

Med utbildad personal och noggranna underhållsprocedurer kan produktionsanläggningar för pulver av rostfritt stål fungera i flera år utan större problem.

Hur man väljer en leverantör av pulver av rostfritt stål

När man väljer leverantör av rostfritt stålpulver är det viktigt att ta hänsyn till följande faktorer:

• Specifikationer för pulver - Förmåga att leverera önskad kvalitet, partikelstorlek/form, renhetsgrad, densitet och flödesegenskaper.
• Kvalitetscertifieringar - Leverantören ska ha ISO 9001-, AS9100-, Nadcap-ackreditering och kvalitetsdokumentation som stöd.
• Teknisk expertis - Metallurgisk kunskap för att anpassa pulver för specifika applikationer och ge applikationssupport.
• Tillverkningskapacitet - Använd modern teknik för finfördelning, fräsning och siktning för att producera pulver på ett konsekvent sätt.
• Testkapacitet - Fullt utrustat laboratorium för omfattande testning och karakterisering av pulver enligt internationella standarder.
• FoU-kompetens - Engagera sig i forskning och utveckling av nya produkter för nya tillämpningar som AM.
• Kundservice - Snabba svar på förfrågningar, beställningar och förfrågningar. Tydliga villkor för prissättning, leverans och returer.
• Regulatorisk efterlevnad - Dokumentation som säkerhetsdatablad, intyg om efterlevnad av miljöbestämmelser.
• Logistiknätverk - Förmåga att transportera material på ett säkert sätt i förpackningar som uppfyller kraven för farligt gods.

Bland de ledande globala leverantörerna av pulver av rostfritt stål finns Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies och CNPC Powder.

För- och nackdelar med Pulver av rostfritt stål

Pulver av rostfritt stål vs. fasta ämnen av rostfritt stål

VANLIGA FRÅGOR

F: Vilka är de vanligaste kvaliteterna av pulver av rostfritt stål?

S: 304, 304L och 316L är de vanligaste austenitiska kvaliteterna medan 410 och 17-4PH är vanligt förekommande martensitiska kvaliteter. Anpassade legeringar optimerade för AM- eller sintringsapplikationer finns också tillgängliga.

F: Vad är det typiska storleksintervallet för pulverpartiklar i rostfritt stål?

A: Partikelstorlekar kan variera från cirka 1 mikron till över 150 mikron. Storleken 10-45 mikron är dock vanlig för många applikationer som MIM, AM och pressning.

F: Hur påverkas korrosionsbeständigheten i delar av pulvermetallurgi i rostfritt stål?

S: P/M-detaljer kan uppvisa något lägre korrosionsbeständighet än smidesdetaljer på grund av kvarvarande porositet om de inte är helt förtätade. Korrekt sintring och ytbehandling minimerar denna effekt.

F: Vad orsakar ytoxidation vid hantering av pulver av rostfritt stål?

A: Fint rostfritt stålpulver kan oxidera lätt när det utsätts för luft. Användning av vakuum eller inert gasatmosfär rekommenderas för hantering för att förhindra oxidation.

F: Hur är bearbetbarheten och maskinbearbetbarheten hos P/M-rostfria stål jämfört med smidda former?

A: P/M rostfritt är mindre formbart och maskinbearbetningsbart än smidda former på grund av porositet och högre hårdhet. Grönbearbetning av pulverkompakter före sintring förbättrar finishen.

F: Vad är den typiska produktionshastigheten för kommersiella pulveranläggningar för rostfritt stål?

A: Produktionshastigheten beror på utrustningens storlek och process. Typiska medelstora anläggningar producerar 100-300 kg/timme pulver av rostfritt stål.

F: Vilka säkerhetsåtgärder krävs när man arbetar med rostfritt stålpulver?

A: Undvik inandning av damm genom att använda andningsskydd. Säkerställ tillräcklig ventilation, jordning och gnistsäker belysning för att förhindra dammexplosioner. Använd dammutsug och personlig skyddsutrustning.

Slutsats

Pulver av rostfritt stål erbjuder tydliga fördelar vad gäller styrka, korrosionsbeständighet och flexibilitet i tillverkningen. Med varierande tillverkningsmetoder, legeringskvaliteter, partikelegenskaper och tillämpningar ger pulver av rostfritt stål konstruktörer förbättrade möjligheter att utveckla innovativa komponenter med hjälp av pulvermetallurgi och additiv teknik. Genom att välja lämpligt pulver, produktionsmetod och processparametrar kan pulver av rostfritt stål leverera överlägsen prestanda under de mest krävande förhållanden i olika branscher.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser