Verstoven metalen: Soorten, Kenmerken, Specificaties

Overzicht

Verstoven metalen verwijst naar metaalpoeders die geproduceerd worden door middel van atomisatie, een proces waarbij gesmolten metaal wordt opgesplitst in fijne druppeltjes en snel wordt afgekoeld om een poeder te vormen. Het atomisatieproces maakt precieze controle mogelijk over de deeltjesgrootte, morfologie en microstructuur van het poeder.

Verstoven metaalpoeders worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder productie, 3D-printen en oppervlaktecoating. Ze bieden voordelen zoals hoge zuiverheid, consistentie en de mogelijkheid om speciale legeringen te ontwikkelen. De meest voorkomende geatomiseerde metalen zijn aluminium, koper, ijzer, nikkel en titanium.

Deze gids geeft een gedetailleerd overzicht van geatomiseerde metaalpoeders en behandelt types, kenmerken, toepassingen, specificaties, leveranciers, installatie, bediening, onderhoud en meer. Het doel is om lezers te helpen de technologie te begrijpen en weloverwogen keuzes te maken bij het selecteren van geatomiseerde metaalpoeders.

Soorten verstoven metalen

Er zijn twee hoofdtypen verstoven metaalpoeders:

Lucht Verstoven Metalen

Bij luchtverstuiving wordt de stroom gesmolten metaal in druppels gebroken door hoge druk lucht of een inert gas. Luchtvernevelde poeders hebben een bolvormige morfologie met een glad oppervlak. Ze zijn geschikt voor toepassingen die een goede vloeibaarheid vereisen.

Metalen verstoven in water

Bij waterverstuiving valt het gesmolten metaal uiteen door waterstralen onder hoge druk. Poeders met waterverstuiving hebben een onregelmatige vorm met een ruwe oppervlaktestructuur. Ze bieden een hogere samendrukbaarheid die de voorkeur heeft voor perstoepassingen.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de belangrijkste verschillen tussen lucht- en watervernevelde metaalpoeders:

Kenmerken van verstoven metaalpoeders

De belangrijkste kenmerken die de kwaliteit en prestaties van geatomiseerde metaalpoeders bepalen, zijn onder andere:

Deeltjesgrootte - De deeltjesgrootteverdeling bepaalt de verpakkingsdichtheid, vloeibaarheid en oppervlakte. Een betere controle over de grootte leidt tot een betere productconsistentie.

Morfologie - De deeltjesvorm beïnvloedt de dichtheid, verdichting en sintering. Bolvormige deeltjes zorgen voor een betere vloei, terwijl onregelmatige vormen zorgen voor een hogere groene sterkte.

Puurheid - Een hoge zuiverheidsgraad is essentieel voor kritieke toepassingen. Onzuiverheden kunnen worden geminimaliseerd door grondstoffen met een lage verontreiniging te gebruiken.

Zuurstofgehalte - Een lager zuurstofgehalte vermindert de reactiviteit van het poeder en verbetert de uiteindelijke materiaaleigenschappen. Poeders die met water worden verstoven hebben vaak een hoger zuurstofgehalte.

Schijnbare dichtheid - Een hogere dichtheid leidt tot een betere doorstroming en verwerkingsefficiëntie. Typische waarden variëren van 25% tot 60% theoretische dichtheid.

Vloeibaarheid - Een goede poederstroom zorgt voor betrouwbaarheid in geautomatiseerde processen voor vormen, vullen en verpakken. Dit is afhankelijk van parameters zoals deeltjesgrootte, vorm en oppervlakteruwheid.

Samendrukbaarheid - Samendrukbaarheid bepaalt de groene sterkte van het geperste onderdeel vóór het sinteren. Een onregelmatige deeltjesvorm verbetert de onderlinge verbinding en de groene sterkte.

Het zorgvuldig beheersen van deze poedereigenschappen tijdens het verstuivingsproces is cruciaal voor het behalen van reproduceerbare hoge prestaties.

Toepassingen van verstoven metaalpoeders

Verstoven metaalpoeders worden gebruikt in een breed scala aan industrieën en toepassingen die gebruikmaken van hun unieke voordelen. Enkele belangrijke toepassingsgebieden zijn:

Productie van metaaladditieven

Dit staat ook bekend als metaal 3D printen en houdt in dat metalen onderdelen laag voor laag worden opgebouwd uit poedermateriaal. Fijne bolvormige poeders met een gecontroleerde grootteverdeling hebben de voorkeur voor een soepele stroming en verpakking tijdens het verspreiden. Gangbare materialen zijn titanium, aluminium, nikkellegeringen en gereedschapsstaal.

Poeder-Metallurgie

Verstoven poeders worden onder hoge druk samengeperst tot "groene" onderdelen en vervolgens gesinterd tot afgewerkte onderdelen. Onregelmatig gevormde poederdeeltjes bieden een betere samendrukbaarheid. Onderdelen met complexe geometrieën kunnen bijna netvormig worden gefabriceerd, waardoor materiaalafval tot een minimum wordt beperkt.

Oppervlaktecoatings

Thermische spuittechnieken zoals plasmaspuiten zetten gesmolten of halfgesmolten poeders af op oppervlakken en vormen zo beschermende of functionele coatings. Fijnere sferische poeders verbeteren de dichtheid van de coating en de hechtsterkte. Slijtvaste en corrosiebestendige coatings worden vaak toegepast.

Metaalspuitgieten (MIM)

Dit combineert kunststof spuitgieten met poedermetallurgie om kleine, complexe metalen onderdelen met een netvorm te maken. Soepel stromende poeders met aangepaste deeltjesgrootte en bindmiddelen zijn nodig voor foutloos vullen van de matrijs.

Solderen

Voorvormen in verstoven poeder maken metallurgisch verbinden van ingewikkelde componenten mogelijk. Soepele poeders met gecontroleerde grootte zorgen voor optimale preformfabricage. Hardsoldeermetalen zijn onder andere aluminium, zilver en koper.

Wrijvingsmaterialen

Verstoven metaalpoeders dienen als wrijvingsmodificatoren in remblokken en andere toepassingen. Toevoegingen van koper, ijzer en messingpoeder verbeteren de wrijving en slijtvastheid in vergelijking met organische formuleringen zonder asbest.

Specificaties van verstoven metaalpoeders

Verstoven metaalpoeders moeten voldoen aan nauwkeurige specificaties die zijn afgestemd op het fabricageproces en de vereisten voor het eindgebruik. Typische poederspecificaties worden hieronder beschreven:

Deeltjesgrootteverdeling

D10, D50, D90 verwijzen naar de poederdeeltjesgrootte waaronder respectievelijk 10%, 50% en 90% van het monster ligt. Een strakkere verdeling verbetert de dichtheid en de prestaties.

Morfologie

• Vorm - Bolvormig, onregelmatig
• Oppervlaktestructuur - glad, ruw
• Satellieten - Minder dan 5% in gewicht

Puurheid

• Zuurstof - <1000 ppm
• Stikstof - <100 ppm
• Koolstof - <1000 ppm
• Andere onzuiverheden - elementspecifiek

Schijnbare dichtheid

• Dichtheid van de poedertap - Typisch 40-60% van de theoretische dichtheid
• Gietdichtheid - 25-40% van theoretische dichtheid

Voldoen aan poederspecificaties is van vitaal belang voor herhaalbare verwerking en eindproductkwaliteit. Gerenommeerde leveranciers leveren uitgebreide analysecertificaten.

Leveranciers van verstoven metaalpoeders

Veel bedrijven zijn gespecialiseerd in de productie van geatomiseerde metaalpoeders voor diverse toepassingen. Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn:

Verstuiving Systemen Limited

• Hoofdkantoor - Sheffield, Verenigd Koninkrijk
• Materialen - Al, Cu, Fe, Ni
• Capaciteit - 4000 ton/jaar
• AM- en thermische spuitmarkten bedienen

Sandvik Visarend

• Hoofdkantoor - Neath, Verenigd Koninkrijk
• Materialen - Ti, Al, staal, superlegeringen
• Capaciteit - 14.000 ton/jaar
• Groot portfolio voor AM-industrie

Höganäs AB

• Hoofdkantoor - Höganäs, Zweden
• Materialen - Fe-, Cu-, Al-legeringen
• Capaciteit - 300.000 ton/jaar
• Focus op auto-industrie

ATI-poedermetalen

• Hoofdkantoor - Pittsburgh, VS
• Materialen - Ti, Ni, Al, Fe-legeringen
• Capaciteit - 15.000 ton/jaar
• Toonaangevende leverancier voor additive manufacturing

Mitsubishi materialen

• Hoofdkantoor - Tokio, Japan
• Materialen - Cu, Ni, gecementeerde carbiden
• Capaciteit - 8000 ton/jaar
• Sterke aanwezigheid op Aziatische markten

Prijzen variëren sterk afhankelijk van materiaal, zuiverheid, deeltjesgrootte en inkoopvolume. Verwacht $20-100 per kg te betalen voor gewone metalen en $100-500 per kg voor speciale legeringen.

Installatie van systemen voor verstoven metaalpoeder

Het installeren van apparatuur voor het verwerken van geatomiseerde metaalpoeders vereist aandacht voor veiligheid, netheid en betrouwbaarheid. Hier zijn enkele belangrijke overwegingen:

Insluiting

• Gebruik verzegelde containers voor opslag en transport
• Minimaliseer open verwerking door gesloten transportbanden en transfers
• Integreren van handschoenkasten, RTP-kappen voor handmatige bewerkingen
• Zorg voor stofafzuiging met zakkenfilter of cycloonfilters

Explosiepreventie

• Zorg ervoor dat elektrische apparatuur goed is geaard en verbonden
• Systemen voor vonkdetectie en -onderdrukking installeren
• Vermijd potentiële ontstekingsbronnen in gevaarlijke omgevingen

Netheid

• Het systeem moet gladde binnenoppervlakken hebben voor eenvoudige reiniging
• Voorziening opnemen voor doorspoelen met inert gas indien nodig
• Procedures opstellen voor routinematige reiniging en onderhoud

Materiaalbehandeling

• Selecteer apparatuur die compatibel is met de stromingseigenschappen van poeder
• Denk aan trilgoten, roterende kleppen, vacuümtransport
• Zorgt voor een optimale poederdoorstroming zonder rat-holing of brugvorming

De juiste installatie volgens de aanbevelingen van de leverancier is essentieel voor een maximale effectiviteit en veiligheid van de apparatuur.

Werking van systemen met verstoven metaalpoeder

Voor een efficiënte werking van metaalpoederverwerkingssystemen moet het personeel worden getraind in procedures en veilige praktijken. De belangrijkste aspecten zijn:

• Draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) - ademhalingstoestellen, handschoenen, veiligheidsbrillen
• Vermijd morsen van poeder en beperk stof tot een minimum
• Open apparatuur niet onder belasting
• Volg de spoelprocedures vóór onderhoudsinterventies
• Periodieke inspecties en controles op lekken uitvoeren
• Optimale doorstroming en vooraf ingestelde drukken/vacuüms handhaven
• Controleer indien nodig het zuurstof- en vochtgehalte
• Poedermonsters veilig opslaan voor kwaliteitscontroles
• Gedetailleerde logboeken bijhouden voor verwerkingsparameters
• Volg het aanbevolen preventieve onderhoudsschema

Het opstellen van SOP's en checklists zal het personeel helpen om kritieke taken consistent en veilig uit te voeren. Digitale bewaking van kritieke parameters kan ook de betrouwbaarheid verbeteren.

Onderhoud van systemen met verstoven metaalpoeder

Regelmatig onderhoud zorgt ervoor dat poederverwerkingssystemen op de lange termijn betrouwbaar blijven werken. De belangrijkste aspecten van het onderhoudsprogramma zijn

Inspecties

• Controleer periodiek slangen en afdichtingen op lekkage en barsten.
• Inspecteer schroeven, motoren, lagers, riemen op beschadiging
• Controleer of meters, sensoren en detectoren werken.

Schoonmaak

• Volg het schema voor dieptereiniging van de interne onderdelen van apparatuur
• Poederafzetting verwijderen om problemen met de doorstroming te voorkomen
• Reinig filters om de luchtkwaliteit te behouden en vonken te voorkomen

Kalibratie

• Debietmeters en druksensoren kalibreren volgens schema
• Bevestig dat de instellingen van de poederdosering overeenkomen met de snelheid
• Controleer de laadcellen op trechters voor een nauwkeurig niveau

Vervanging

• Vervang versleten trechterbekledingen, schroeven indien nodig
• Revisie of vervanging van verouderde toevoersystemen en kleppen
• Houd reserveonderdelen van veelvoorkomende slijtageartikelen bij de hand

Documentatie

• Alle uitgevoerde onderhouds- en reparatiewerkzaamheden registreren
• Bedrijfsuren/cycli van apparatuur bijhouden
• Procedures bijwerken als dat nodig is

Effectief onderhoud zorgt ervoor dat poedersystemen veilig en productief blijven werken.

Een leverancier van verstoven metaalpoeder kiezen

Het selecteren van een betrouwbare leverancier van geatomiseerd metaalpoeder is cruciaal voor productieprocessen. Hier zijn de belangrijkste overwegingen bij het evalueren van leveranciers:

Poederkwaliteit

• Strakke controle van de deeltjesgrootteverdeling
• Consistente sferische morfologie
• Laag zuurstof/stikstofgehalte
• Strenge normen voor kwaliteitscontrole

Technische expertise

• Ervaring afgestemd op toepassing
• Kennis van verstuivingsprocessen
• Mogelijkheid om aangepaste legeringen te ontwikkelen

Productiecapaciteit

• Voldoende capaciteit om aan de vraag te voldoen
• Back-up opties voor leveringscontinuïteit
• Schaalbaarheid voor groei

Testen en certificering

• Uitgebreide analytische testen
• Gedetailleerd analysecertificaat
• Kwalificatie volgens industriestandaarden

Klantenservice

• Reactie op vragen
• Begeleiding bij de beste productpassing
• Flexibiliteit voor aangepaste bestellingen

Door factoren te evalueren die verder gaan dan alleen de prijs, kan de leverancier worden geselecteerd die in de beste positie verkeert om prestaties en partnerschap op de lange termijn te leveren.

Voor- en nadelen van verstoven metaalpoeders

Pluspunten

• Hoge zuiverheid met laag oxidegehalte
• Consistente deeltjesgrootteverdeling
• Goede stroombaarheid door bolvorm
• Geschikt voor kleine functies <100 μm
• Bijna netvormig om afval te minimaliseren
• Vermindert energieverbruik en emissies ten opzichte van primaire metaalproductie
• Recyclebaar om dure legeringen terug te winnen

Nadelen

• Dure productie door complexe verwerking
• Beperkte maten en volumes beschikbaar
• Behandelingssystemen voor insluiting vereist
• Poederbedden hebben een lagere thermische geleidbaarheid
• Veiligheidsproblemen zoals stofexplosies moeten worden beperkt
• Nabewerking vaak nodig om eigenschappen te bereiken

Inzicht in zowel de voordelen als de beperkingen helpt bij het identificeren van de beste mogelijkheden om geatomiseerde metaalpoeders te gebruiken.

Toekomstperspectief voor verstoven metaalpoeders

De markt voor geatomiseerde metaalpoeders zal naar verwachting sterk groeien naarmate toepassingen zoals additive manufacturing steeds meer ingang vinden.

Belangrijke trends die de toekomst bepalen zijn onder andere:

• Ontwikkeling van nieuwe speciale legeringen met behulp van atomisering
• Strengere controle over de deeltjesgrootte en aangepaste distributies
• Multimetaalpoeders met samenstellingsgradiënten
• Poederrecyclingsystemen en -diensten winnen aan populariteit
• Meer automatisering en procesbewaking
• Meer industriële consolidatie onder leveranciers
• Dalende prijzen naarmate grotere volumes worden geproduceerd
• Uitbreiding naar opkomende toepassingen zoals biomedische

Vooruitgang in de verstuivingstechnologie zal het gebruik van metaalpoeders uitbreiden, waardoor nieuwe geometrieën en materiaalprestaties mogelijk worden.

FAQ

V: Wat is het verschil tussen geatomiseerde en sferische metaalpoeders?

A: Sferische poeders verwijzen naar de deeltjesvorm die dicht bij een perfecte bol ligt. Verstoven poeders kunnen zowel een sferische als een onregelmatige morfologie hebben, afhankelijk van de productiemethode. Dus alle verstoven poeders zijn niet bolvormig, maar er worden wel bolvormige poeders geproduceerd via verstuiving.

V: Wat is het verschil tussen voorgelegeerde en master alloy geatomiseerde poeders?

A: Voorgelegeerde poeders worden geproduceerd uit een gelegeerde smelt zodat de samenstelling uniform is in elk deeltje. Masterlegeringspoeders bevatten hoge percentages legeringselementen die worden gemengd met basispoeders om de uiteindelijke chemie te bereiken.

V: Welke veiligheidsmaatregelen zijn vereist bij het werken met verstoven metaalpoeders?

A: Belangrijke voorzorgsmaatregelen bij het werken met verstoven poeders zijn onder andere adequate persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE), minimaliseren van stof, goede aarding, beheersen van ontstekingsbronnen, inert purgen en explosiepreventiesystemen. Adequate training van personeel is essentieel.

V: Hoe is de korrelgrootte in geatomiseerde poeders te vergelijken met conventionele legeringen?

A: Vanwege de snelle stolling hebben geatomiseerde poeders veel fijnere korrelgroottes dan conventionele legeringen, meestal een paar micron of minder. Dit leidt tot andere eigenschappen.

V: Wat is de houdbaarheid van gewone geatomiseerde metaalpoeders?

A: Als de meeste geatomiseerde poeders op de juiste manier worden bewaard in afgesloten containers met een gecontroleerde luchtvochtigheid, gaan ze 12-24 maanden mee voordat er significante oxidatie optreedt. Vochtgevoelige poeders hebben een kortere houdbaarheid van 6-12 maanden.

V: Wat is de typische grootte van de deeltjes in verstoven poeders?

A: Verstoven poeders hebben een groot bereik van 1 micron tot 1000 micron. Maar de grootste fractie die gebruikt wordt voor productie is meestal 10-150 micron voor goede stromings- en verpakkingskenmerken.

V: Hoe worden geatomiseerde metaalpoeders gerecycled?

A: Verstoven schroot en poeders worden omgesmolten onder gecontroleerde atmosfeer om oxidatie te voorkomen. De teruggewonnen legering wordt dan hergebruikt om nieuwe poedergrondstof te produceren. Sommige processen maken direct hergebruik van poeder mogelijk.

V: Wat is het voordeel van verneveling met inert gas ten opzichte van verneveling met lucht?

A: Verstuiving onder inert gas met argon of stikstof zorgt voor een lagere zuurstofopname. Dit verbetert de reactiviteit van het poeder en leidt tot hogere prestaties, waardoor het de voorkeur geniet voor reactieve materialen zoals titaanlegeringen.

V: Hoe bepaal je of een poeder luchtverneveld is of waterverneveld?

A: Luchtvernevelde poeders hebben een bolvormige morfologie met een glad oppervlak, terwijl watervernevelde deeltjes onregelmatiger van vorm zijn met een ruwere oppervlaktestructuur. Watervernevelde poeders hebben ook een hoger zuurstofgehalte.

ken meer 3D-printprocessen