Atomize Metal Tozları: Uygulamalar, Özellikler ve Karşılaştırmalar

Atomize metal tozları özel partikül boyutları, şekilleri ve metalurjik özelliklere sahip ham madde gerektiren katmanlı imalat ve termal sprey gibi imalat yöntemlerini mümkün kılar. Bu kılavuzda, ticari atomize tozlarla ilgili üretim süreçleri, özellikler, uygun metaller, kullanımlar, tedarikçi seçimi ve alternatifler incelenmektedir.

Atomize metal tozlarına genel bakış

Atomizasyon, erimiş metal akışlarını ince küresel damlacıklara dönüştürerek hızla soğuyarak toz haline getirir. Kimyasal çökelme gibi alternatiflere kıyasla temel özellikleri şunlardır:

• 10 mikrondan 300+ mikrona kadar kontrollü partikül boyutu dağılımı
• İnert gaz atmosferlerinde reaktif alaşımları işleme yeteneği
• Daha ince mikro yapılar üreten hızlı katılaşma
• Daha düşük oksijen ve azot safsızlık seviyeleri
• +'yı hedefleyen yüksek toz verimlerinden kaynaklanan maliyet etkinliği
• Çoğu ticari metal ve alaşımın hazırlanmasına uyarlanabilirlik

Mevcut üretim yöntemlerini, özellikleri, uygulamaları ve ekonomiyi anlamak, metal tozları seçilirken atomizasyonun faydalarından ve sınırlamalarından doğru bir şekilde yararlanmayı sağlar.

Metal Tozlarını Atomize Etme Yöntemleri

Endüstriyel ölçekler, gaz, su veya santrifüj işlemleriyle atomizasyon gerektirir:

Yöntem	Açıklama	Kullanılan Metaller	Parçacık Boyutları
Gaz	Süpersonik inert gaz jetleri, metal akışını toza dönüştürür	En yaygın olanı. Reaktif malzemeler uyumlu	10 μm – 150 μm
Su	Yüksek basınçlı su, erimiş metali parçalayarak hızlı bir şekilde soğumaya maruz bırakır	Öncelikle bakır ve demir. Sınırlı reaktif malzemeler	5 μm – 350 μm
Santrifüj	Erimiş metal, dönen bir diskten dışarı doğru hızlandırılır. Hızla toza dönüşür.	Çoğu metal uyumlu. Daha düşük reaktif yetenek	45 μm – 1 mm+

Tablo 1. Metal tozları üretmek için ticari ölçekte atomizasyon teknikleri ve çıktı özellikleri

Her teknik, partikül boyutlandırma, toz verimi, soğuma oranları ve geniş metal evreninde uyumluluk konusunda benzersiz avantajlar sağlar.

Atomizasyon ile Uyumlu Metal ve Alaşımlar

Atomizasyon, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çoğu ticari metal ve alaşımı işleyebilir:

• Alüminyum ve vanadyum içeren titanyum alaşımları
• Nikel bazlı Inconel ve kobalt bazlı Haynes alaşımları gibi süper alaşımlar
• Molibden, tungsten ve tantal gibi yüksek sıcaklık metalleri
• Krom ve manganez gibi reaktif elementler
• Altın, gümüş ve platin dahil değerli metaller
• Refrakter metaller: niyobyum, zirkonyum ve hafniyum
• Yaygın östenitik paslanmaz çelikler 316L ve 304L çeşitleri

Erimiş hallerdeki güçlü kimyasal reaktivite, saf manganez veya krom gibi bazı elementel metaller için uygulanabilirliği kısıtlar. Ancak alaşımlara karıştırmak, atomizasyon uyumluluğu yoluyla reaktivite dezavantajlarını azaltır - diğer toz üretim yaklaşımlarına göre bir avantajdır.

Karakteristikleri ve Özellikleri Atomize Metal Tozları

Atomizasyon, üretim süreci ihtiyaçlarını karşılayan, özel toz özelliklerine sahip metal tozları üretir:

Parçacık Boyutu Dağılımları

• 10 mikrondan 1 mm boyutlara kadar ayarlanabilir, hassas fraksiyonlara elenebilir

Parçacık Şekli

• Özellikle inert gaz atomizasyonu ile ağırlıklı olarak küresel morfolojiler

İç Gözeneklilik

• Hızlı katılaşma ve inert işleme, boşluklar oluşturan hapsolmuş gazları en aza indirir

Kimyasal Saflık

• İnert gaz atomize malzemeler için +'ya ulaşılabilir. Su atomizasyonu biraz daha az.

Yüzey Oksit

• Su atomizasyonu, inert atomizasyon korumalarına kıyasla yüzey oksijen kontaminasyonunu 5-15 kat daha fazla sürükler

Mikroyapısal Fazlar

• Dökme külçe muadillerine kıyasla hızlı soğutma ile yuvarlatılır

Yüksek kimyasal temizliği ve uygun mikro yapıları korurken partikül boyutunu ve şekil parametrelerini optimize etme yeteneği, atomize metal tozlarını, bu tür özelliklerin süreç başarısını ve elde edilen nihai parça performanslarını kritik olarak etkilediği katmanlı imalat ham maddelerine uygun hale getirir.

Atomizasyondan Elde Edilen Metal Tozu Boyutu Özellikleri

Atomize metal tozu partileri, partikül boyutu dağılımlarına göre sınıflandırılır. Yaygın elek boyutları şunlardır:

Mesh	Mikron Boyutu	Tipik Kullanım
+100	>150 μm	Termal sprey bileşenleri ve kaplamalar
-100 +325	105 – 150 μm	Sıcak izostatik presleme öncüleri
-325/+500	32 – 105 μm	Bağlayıcı jet/soğuk sprey 3B baskı
-500	<32 μm	Toz yataklı füzyon katmanlı imalat

Tablo 2. İmalat süreci uyumluluklarına göre hizalanmış, sınıflandırılmış atomize metal tozları için partikül boyutu kategorileri

Çoğu tescilli atomizasyon sistemi, aşırı boyutlu ve yetersiz boyutlu fraksiyonların eleme ile ayrılmasından sonra, imalat sınıfı özelliklerinde toplanan tozların +'sinden fazlasını hedeflemektedir ve bu fraksiyonlar proses eriyik akışına geri dönüştürülür.

Atomize Metal Tozları için Endüstri Özellikleri

Çeşitli dernekler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere ticari metal tozları için bileşimsel, kimyasal ve fiziksel özellik standartlarını korur:

Varlık	Standart Numara	Kapsanan Metaller
ASTM Uluslararası	F3049	Titanyum ve Titanyum Alaşımları
ASTM Uluslararası	F3056	Nikel ve Nikel Alaşımları
ASM International	MMPDS-06	Çoklu Metal Malzeme Özellikleri
APMI Int’l	ANSI/APMI B.101	Bakır ve Bakır Alaşımları

Tablo 3. Atomize malzemelerde kalite güvencesi için faydalı olan, elenmiş kimyalar ve toz ölçümleri için geçerli olan özellikler sunan ticaret grupları

Ek olarak, bireysel üreticiler, reaktif alaşım işleme için kritik olan maksimum oksijen veya azot eşikleri gibi benzersiz alaşımları veya özel özellikleri kapsayan dar kapsamlı özellikler sağlar.

Sertifika kapsamlarını incelemek, standartların, alıcının zorunlu kıldığı kompozisyon pencerelerini, atomizasyon yeteneklerine ve sonraki üretim süreci gereksinimlerine uyan hall akış oranları ve kimyasal saflık seviyeleri gibi kabul edilebilir toz özelliklerini uygun şekilde kapsamasını sağlar.

Atomize Metal Tozları için Uygulamalar ve Kullanım Alanları

Endüstriyel imalat için bir temel ham madde sunan başlıca metal tozu uygulamaları şunlardır:

Katmanlı Üretim

• Havacılık bileşenleri – türbin kanatları, kanat profilleri
• Tıbbi implantlar – kalça, diz ve diş protezleri
• Takım – Hafif, konformal soğutmalı plastik enjeksiyon kalıpları
• Kimyasal reaktörler – Yüksek yüzey alanlı yapısal katalizör destekleri

Termal Sprey

• Petrol ve gaz korozyon önleyici kaplamalar – kuyu dibi aletleri
• Aşınmaya dayanıklı baskı rulo yüzeyleri
• Krom ikameli otomotiv yüzeyleri
• Yüksek salınımlı, düşük sürtünmeli mimari cam kalıpları

Toz Metalurjisi

• Otomotiv şanzıman dişlileri ve motor bileşenleri
• Motorlarda ve sensörlerde kalıcı mıknatıslar
• Elmas takım uçları ve kesici takımlar
• Belirli iletkenlikten yararlanan elektrik kontakları

Temel ham maddeler, uç kullanım geometrilerine konsolide edilebilen, birleştirilmiş kimya ve rafine toz dokusu talep eden herhangi bir uygulamaya hizmet eder.

Atomize Metal Tozu Üreticileri ve Satıcıları

Tıbbi, havacılık ve endüstriyel pazarlar için atomizasyon yetenekleri sağlayan önde gelen küresel tedarikçiler şunlardır:

Şirket	Konum
Sandvik	İsveç
Marangoz Teknolojisi	Birleşik Devletler
Praxair	Birleşik Devletler
Höganäs	İsveç
PyroGenesis	Kanada
Erasteel	Fransa

Tablo 4. Çeşitli proses teknolojilerinden atomize metal tozu üretimi sunan önemli üreticiler

İkincil komisyoncular da toz dağıtır, ancak en iyi uygulama, büyük üreticiler ile nihai parça üreticileri arasında malzemeleri kirleten aracı kalite risklerini ortadan kaldırarak, parti izlenebilirliği sağlayan ve doğrudan fabrikalardan tedarik etmektir.

Fiyatlandırma Atomize Metal Tozları

Fiyatlandırma, bileşime, partikül boyutu dağılımına, üretim hacmine ve kaliteye bağlı olarak değişir:

Malzeme	Kilogram Başına Fiyat
Titanyum Ti64	$50 - $150
Nikel Süperalaşımlar	50 – 250 $
Paslanmaz Çelikler	5 – 30 $
Takım Çelikleri	2 – 15 $

Küçük partiler halinde üretilen niş alaşımlar, fırın geçişlerini dengeleyen daha yüksek fiyatlar talep eder. Yüksek hacimlerde yeniden işlenen paslanmaz çelik gibi emtia metalleri en düşük maliyeti sunar. Ancak alıcılar, nihai bileşenlerdeki kullanıma karşı elde edilen performans artışlarını karşılaştırarak adil göreceli değeri doğrular.

Atomize Metal Tozunun Artıları ve Eksileri

Avantajlar atomize metal tozları:

• Ticari üretim oranlarında kontrollü partikül boyutu dağılımları
• İnert gaz işlemlerinden küresel toz morfolojisi
• Hızlı katılaşma ve inert işleme, kimyasal temizlik sağlar
• Çok çeşitli özel alaşım ham madde ihtiyaçlarına uyum sağlar

Sınırlamalar dikkate alınması gerekenler:

• İşlenmiş ürün formlarına göre 10-100 kat ham madde maliyeti artışı
• Uzun teslim süresi ihtiyaçları ile sınırlı talep üzerine esneklik
• Toz niteliklerini veya maliyetlerini aşırı belirtmemeye dikkat edin

Faydaları sınırlamalara uygun bir şekilde tartmak, sadece müşteri değeri sağlamayan moda kelime teknolojilerini kullanmak için aşırı harcama yapmaktan kaçınmaya yardımcı olur.

Diğer Metal Tozu Üretim Yöntemleriyle Karşılaştırmalar

Yaygın metal tozu imalat yaklaşımları arasındaki değiş tokuşlar:

Yöntem	Ölçeklenebilirlik	Maliyet	Saflık	Partikül Kontrolü	Metal Sınırlamaları
Atomizasyon	Çok Yüksek	$$$$	Yüksek	Mükemmel	Bazı elementel metaller
HDH	Düşük	$	Orta	Zayıf	Piroforikler
Elektroliz	Yüksek	$$	Orta ila Yüksek	Orta düzeyde
Kimyasal Çökelme	Yüksek	$	Orta	Zayıf

Tablo 5. Ticari ölçekte metal tozu üretim yöntemleri arasında nitel karşılaştırmalar

Atomizasyon, optimize edilmiş toz özelliklerine sahip önemli hacimler üretirken, otomobiller gibi maliyet duyarlı endüstrilerde benimsenmeyi sınırlayabilecek fiyat primleri talep eder.

Sıkça Sorulan Sorular

S: Metal tozları için atomizasyonun birincil amacı nedir?

C: Katmanlı imalat süreçlerinin katı gereksinimlerine uyacak şekilde diğer tekniklerde rastgele olan partikül boyutu ve şekil parametrelerini hassas bir şekilde kontrol etmek.

S: Geri dönüştürülmüş metal tozları orijinal özelliklerini korur mu?

C: Evet, oksijen alımı ve mikroyapısal fazlar gibi faktörler büyük ölçüde değişmeden kalır ve bakir üretim tozlarını takviye etmek için yeniden kullanılmasına izin verir.

S: Gaz atomizasyonu 10 mikrondan küçük toz boyutları elde edebilir mi?

C: 5 mikrondan daha düşük son derece ince dağılımlar mümkündür, ancak çok düşük verimlerde, yüzey alanı reaktiviteyi yönlendirdiği için ticari katmanlı imalat kullanımı için ekonomik değildir.

S: Hangi endüstriler atomize metal parçaları kullanır?

C: Havacılık, tıp, otomotiv ve petrol/gaz, atomizasyon prosesinin benzersizliğinden üretilen özel alaşımlardan ve mikroyapılardan yararlanır.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin