Обзор
Атомизированный металл powder refers to metal powders produced through atomization, a process where molten metal is converted into fine droplets which solidify into powder particles. Atomization allows the production of metal powders with precise particle sizes, shapes and chemical compositions.
Распыляемые металлические порошки находят широкое применение в производстве, 3D-печати, литье металлов под давлением, пайке, сварке, термическом напылении и т.д. В данной статье приводится подробное руководство по оборудованию для распыления металлов, включая типы, характеристики, области применения, технические характеристики, поставщиков, установку, эксплуатацию, техническое обслуживание и многое другое.
Типы оборудования для распыления металла
| Оборудование | Описание |
|---|---|
| Газовые распылители | Использование высокоскоростного инертного газа (N2, Ar) для дробления потока расплавленного металла на мелкие капли |
| Водяные распылители | Использование струй воды под высоким давлением для распыления расплавленного металла в порошок |
| Распылители с вращающимися электродами | Использование центробежной силы от вращающейся металлической проволоки или диска для дезинтеграции расплавленного металла на капли |
| Ультразвуковые распылители | Использование ультразвуковых колебаний для создания капиллярных волн и дезинтеграции потока расплавленного металла |
| Центробежные распылители | Расплавленный металл, вылитый на вращающийся диск, под действием центробежной силы разбивается на капли, выбрасываемые наружу |
Characteristics of Atomized Metal Powder
| Характеристика | Описание |
|---|---|
| Размер частиц | Микроны - миллиметры; регулируется параметрами процесса распыления |
| Форма частиц | Сферическая, неправильная или спутниковая форма; зависит от метода и условий |
| Распределение по размерам | При использовании определенных технологий распыления можно получить очень узкий слой |
| Чистота | Высокая чистота достигается за счет использования рафинированного расплавленного металлического сырья |
| Плотность | Может приближаться к теоретической плотности металла |
| Текучесть | Влияние размера, формы и распределения частиц; важно для обработки |
| Активность спекания | Тонкие порошки с большой площадью поверхности быстро спекаются при уплотнении в твердый металл |
Applications of Atomized Metal Powder
| Приложение | Подробности |
|---|---|
| Плавление металлического порошка | Атомизированные мелкодисперсные порошки, используемые в лазерной/электронно-лучевой порошковой 3D-печати |
| Струйная обработка вяжущего | Порошки из нержавеющей стали, инструментальной стали, алюминия для связующей струйной 3D-печати |
| Литье металлов под давлением | Порошки нержавеющей стали, титана, алюминия смешиваются со связующим и формуются |
| Термические напыляемые покрытия | Порошки Fe, Ni, Co, Cu и сплавов, напыляемые на поверхности для защиты от износа/коррозии |
| Паяльные пасты | Порошки сплавов Ag, Cu, Ni в пастообразных составах для соединения металлов |
| Фрикционные материалы | Порошки Cu, Fe улучшают трение и износ тормозных накладок и накладок сцепления |
| Сварка | Распыленные порошки Ti, Al, добавляемые в процессе дуговой сварки для улучшения свойств шва |
| Порошковая металлургия | Прессование и спекание распыленных порошков Fe, стали, меди в детали сетчатой формы |
| Магниты | Изолированные порошки Fe, феррита, спрессованные в магниты и индукторы |
| Металлические катализаторы | Широкий спектр порошковых катализаторов из сплавов, используемых в химической промышленности |
Specifications of Atomized Metal powder Equipment
| Параметр | Типовой диапазон |
|---|---|
| Производственные мощности | 10-100 кг/час |
| Расход газа | 10-100 Нм3/час аргон или азот |
| Использование охлаждающей воды | 100-1000 л/мин |
| Потребляемая мощность | 50-500 кВт |
| Площадь пола | 100-500 кв. м |
| Системы управления | ПЛК, SCADA, мониторинг данных |
| Системы безопасности | Газоанализаторы, пожаротушение, защитные СИЗ |
| Работа с расплавленным металлом | Промывочные устройства, желоба, системы заливки |
| Коллекция порошков | Циклоны, рукавные фильтры, винтовые конвейеры |
Поставщики и ценообразование
| Поставщик | Оборудование | Диапазон цен |
|---|---|---|
| Gasbarre | Газовые распылители | $500 000 - $2 млн. |
| Идра | Водяные распылители | $1 - 5 млн. |
| Кессенич | Вращающийся электрод | $250 000 - $1 млн. |
| Содик | Ультразвуковая насадка | $100,000 – $500,000 |
| AcuPowder | Центробежное колесо | $50,000 – $250,000 |
Цены на оборудование для атомизации металлов варьируются в широких пределах в зависимости от производительности, особенностей автоматизации, дополнительных систем, репутации бренда и других факторов. Бюджет на установку промышленного масштаба составляет не менее $250 000 - $1 млн.
Установка и оборудование
- Оборудование для распыления металла должно устанавливаться в хорошо проветриваемом, контролируемом по температуре и влажности производственном помещении.
- Обеспечить достаточное количество мостовых кранов, подъемников и такелажных приспособлений для установки и обслуживания оборудования.
- Убедитесь в наличии соответствующего электропитания, коммуникаций и подключения сжатого воздуха.
- Для монтажа, юстировки, тестирования и ввода в эксплуатацию оборудования привлекайте квалифицированный персонал.
- Проектирование фундаментов, анкерных болтов, площадок для оборудования для надежной установки.
- В комплект поставки входят воздуховоды для сбора пыли, циклоны и рукава для сбора распыленного металлического порошка.
- Установить средства безопасности, такие как датчики контроля загазованности, системы пожаротушения.
- Предусмотрите достаточно свободного пространства для перемещения материалов, рабочих процессов и доступа для технического обслуживания.
Эксплуатация и обслуживание
| Деятельность | Подробности | Частота |
|---|---|---|
| Проверка оборудования | Проверьте уровни жидкостей, наличие утечек, необычных шумов/вибраций, предохранительных устройств | Ежедневно |
| Контроль параметров | Регистрация данных процесса, таких как температура, давление, расход, мощность | Непрерывный |
| Пополнение расходных материалов | Заправка охлаждающей воды, баллонов с инертным газом, смазочных материалов | По мере необходимости |
| Уборка помещений | Уборка разливов, опорожнение пылесборников, генеральная уборка | Ежедневно |
| Замена компонентов | Замена изношенных форсунок, подшипников, уплотнений, фильтров | По графику |
| Калибровка | Калибровка датчиков, измерительных приборов, систем управления | Ежеквартально |
| Капитальный ремонт | Проверить основные детали; при необходимости отремонтировать/заменить | Ежегодно |
Правильная эксплуатация и профилактическое обслуживание в соответствии с рекомендациями производителя являются залогом максимального увеличения срока службы и производительности оборудования. Вести подробные журналы всех работ по техническому обслуживанию.
Choosing an Atomized Metal powder Equipment Supplier
| Рассмотрение | Подробности |
|---|---|
| Техническая экспертиза | Многолетний опыт в области технологии распыления и производства металлических порошков |
| Персонализация | Возможность настройки оборудования под конкретные производственные нужды |
| Надежность | Доказанный опыт производства прочного, надежного оборудования с низким уровнем отказов |
| Автоматизация | Современные системы управления, контроль данных для оптимизации характеристик порошка |
| Послепродажное обслуживание | Поддержка при установке, обучение операторов, сервисные контракты на обслуживание |
| Ссылки | Положительные отзывы существующих клиентов о качестве оборудования и репутации поставщика |
| Значение | Правильный баланс качества, производительности и справедливой цены |
| Местное присутствие | Физическая близость для личных встреч и быстрого реагирования |
Прежде чем вкладывать средства в оборудование для распыления металла, тщательно оцените поставщиков по указанным выше параметрам. При выборе следует взвесить такие факторы, как качество, надежность, сервис, а не низкая стоимость.
Плюсы и минусы атомизированной обработки металлов
Газовая атомизация
Плюсы
- Получение высокосферических, гладких порошков, идеально подходящих для AM, MIM и т.д.
- Возможность узкого распределения частиц по размерам
- Работает непрерывно с высокой производительностью
- Более низкие капитальные затраты по сравнению с распылением воды
Cons
- Ограничивается частицами меньшего размера, обычно менее 100 мкм
- Требуются большие объемы дорогостоящего инертного газа
- Уровень запыленности в рабочей зоне может быть высоким
Распыление воды
Плюсы
- Возможность получения широкого спектра размеров порошка, включая большие диаметры
- Более низкий расход газа по сравнению с распылением газа
- Более плотные порошки по сравнению с газовым распылением
Cons
- Меньше сферических частиц, больше сателлитов
- Необходима водоподготовка для распыления воды
- Возможны оксидные включения в результате контакта с водой
Центробежное распыление
Плюсы
- Простой механизм с минимальным набором функций
- Компактная конструкция с меньшими капитальными затратами
- Работает в полунепрерывном режиме с хорошей производительностью
Cons
- Ограниченный контроль над распределением частиц по размерам
- Неправильные, несферические формы частиц
- Риск загрязнения в результате износа диска с течением времени
Ограничения процессов атомизации металлов
- Высокая стоимость производства, особенно для очень тонких металлических порошков
- Ограничения на форму и размер частиц на основе методики
- ТребованиеСпециализированное оборудование с контролируемыми условиями
- Для получения чистых порошков необходимы исходные металлы высокой чистоты
- Пакетная работа в некоторых методах снижает производительность
- Для контроля размеров частиц часто требуется последующая обработка, например, просеивание
- Необходим высококвалифицированный персонал для эксплуатации оборудования
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Какие методы используются для классификации распыляемых металлических порошков по размеру частиц?
Общепринятые методы классификации распыляемых металлических порошков включают:
- Просеивание - стопка сит с уменьшающимся размером ячеек разделяет порошок на фракции
- Классификация воздуха - центробежные или циклонные сепараторы отделяют мелкие частицы от более крупных
- Элютрирование - противоточное псевдоожижение воздуха и воды позволяет мелким частицам переливаться под действием силы тяжести
- Седиментация - частицы оседают в жидкости со скоростью, зависящей от размера/плотности
Какие меры безопасности необходимо соблюдать при работе с распыляемыми металлическими порошками?
Основные меры безопасности при работе с распыляемыми порошками:
- Используйте СИЗ - перчатки, средства защиты глаз, фильтрующие маски для предотвращения контакта с кожей/глазами и вдыхания
- Продувка инертным газом для предотвращения окисления порошка и взрыва пыли
- Правильное заземление оборудования для работы с порошками для отвода статических зарядов
- Избегайте всех источников возгорания в зонах обработки порошка
- Установить пылеулавливающее оборудование для улавливания порошка, находящегося в воздухе
- Провести мониторинг воздуха на предмет содержания горючей пыли
Как обрабатываются и транспортируются распыляемые металлические порошки?
Типичные этапы обработки порошка:
- Собирается в барабанах под циклонными сепараторами или рукавными фильтрами
- Транспортируется в герметичных контейнерах для предотвращения контакта с кислородом
- Пневматическая подача азота или аргона по трубопроводам
- Перемещение в емкости для хранения порошка с помощью вакуумного отсоса
- Ручное зачерпывание/разгребание для небольших партий
- Автоматизированные механические конвейеры для больших объемов
Для предотвращения загрязнения порошки хранятся в герметичной упаковке до готовности к использованию.
Какие меры принимаются для предотвращения загрязнения при производстве металлического порошка методом распыления?
- Использование высокочистого сырья и материалов
- Поддерживать инертную атмосферу с помощью аргона/азота
- Не пропускать кислород и влагу благодаря герметичности
- Избегайте контакта порошка с металлом
- Частая очистка оборудования, контактирующего с порошком
- Удаление остатков масел и смазок с помощью растворителей
- Просеивание/классификация для выделения неоднородных частиц
- Анализ для выявления и устранения источников примесей
Каковы наиболее распространенные области применения порошков из нержавеющей стали, получаемых методом распыления?
Типичные области применения распыляемых порошков из нержавеющей стали:
- Аддитивное производство - селективное лазерное плавление, струйное нанесение связующего
- Литье металлов под давлением небольших сложных деталей
- Паяльные пасты и припои для соединения
- Прессование порошковой металлургии в пористые фильтры
- Производство самосмазывающихся подшипников
- Производство волокон из нержавеющей стали для текстиля
- Электроды для электрохимической обработки/разрядной обработки
- Производство порошковых красок и покрытий для нержавеющей стали
Как выбрать системы подачи инертного газа для газового распыления?
Учет требований к подаче инертного газа:
- Аргон предпочтительнее азота для реактивных металлов, таких как титан
- Резервуары для хранения газа большой емкости с резервными баллонами
- Уровень чистоты 99,99%+ для предотвращения загрязнения
- Регуляторы давления и расходомеры для контроля загазованности
- Использование систем рекуперации газа для минимизации отходов
- Подогрев газопроводов для предотвращения замерзания влаги
- Автоматизированная переналадка и контроль параметров газа
- Надлежащие сигнализации и блокировки для обеспечения газовой безопасности
Оптимизация характеристик распыляемых металлических порошков
Свойства распыленных металлических порошков могут быть оптимизированы путем управления параметрами процесса и условиями распыления:
Распределение частиц по размерам
| Метод | Эффект |
|---|---|
| Увеличение расхода расплавленного металла | Больший средний размер частиц |
| Используйте более высокие скорости вращения распылителя | Увеличение фракции мелкого порошка |
| Снижение температуры застывания расплавленного металла | Более плотный гранулометрический состав |
| Классификация порошка с помощью просеивания/воздушной сепарации | Удаление сверхкрупных и мелких фракций |
Форма частиц
| Метод | Эффект |
|---|---|
| Использовать газовое или водяное распыление | Более сферические частицы |
| Снижение скорости разлива металла | Более сферические частицы |
| Повышение температуры перегрева расплава | Уменьшение количества спутников и неправильных форм |
| Отжиг порошков после распыления | Улучшает сферическую морфологию |
Чистота порошка
| Метод | Эффект |
|---|---|
| Использование металлического сырья высокой чистоты | Уменьшение содержания металлических примесей |
| Добавить стадию шлакоудаления | Удаление неметаллических включений |
| Повышение чистоты инертных газов | Снижение содержания газообразных примесей |
| Используйте никелированные емкости для сбора | Понижает уровень отбора железа |
| Просеять порошок для удаления спутников | Повышение чистоты порошка |
Плотность порошка
| Метод | Эффект |
|---|---|
| Оптимизация параметров распыления | Однородный плотный порошок |
| Отжиг порошка после распыления | Удаление внутренних пустот и пор |
| Сжатие порошка после распыления | Работа упрочняет и закрепляет порошок |
| Термомеханическая обработка | Улучшает микроструктуру порошка |
Оптимизация процесса распыления и этапов обработки порошка позволяет подобрать характеристики распыленных металлических порошков в соответствии с требованиями конкретного применения.
Новые тенденции в производстве распыляемых металлических порошков
К числу основных тенденций развития технологии производства распыляемых порошков относятся:
- Аддитивное производство стимулирует спрос на сферические сверхтонкие порошки размером менее 30 мкм. Новые сопла и методы распыления позволяют получать такие порошки.
- Автоматизация производства порошков с использованием концепций Индустрии 4.0, позволяющих осуществлять удаленный мониторинг, управление и производство на основе данных.
- Гибридные методы распыления, сочетающие в себе аспекты газового, водяного и центробежного распыления, обеспечивают лучший контроль частиц.
- Нагрев расплавленного металла с помощью микроволн обеспечивает более быстрый и равномерный нагрев перед распылением.
- Имитация и моделирование динамики образования капель, позволяющие лучше понять физику распыления.
- Разработка новых сплавов, специально предназначенных для применения в аддитивном производстве.
- Усовершенствованные системы обработки порошков с интегрированными системами просеивания, классификации и хранения.
- Непрерывные процессы производства порошка вместо серийных методов обеспечивают более высокую производительность.
- Усовершенствованные системы управления с использованием алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения для автоматизированной оптимизации процесса распыления.
- Специализированные сопла для распыления газа, оптимизированные для работы с реактивными металлами, такими как титан и алюминиевые сплавы.
- Рециклинг и повторное использование порошков металлолома, полученного в процессе АМ, с помощью термической обработки.
- Методы контроля в процессе производства, такие как инфракрасная съемка, для улучшения контроля качества порошка.
Заключение
Атомизированные металлические порошки позволяют решать важнейшие задачи в автомобильной, аэрокосмической, медицинской промышленности, 3D-печати и других ключевых отраслях. В условиях растущего спроса на высококачественные порошки технология распыления металлов продолжает развиваться за счет новых инноваций в области интенсификации процесса, автоматизации, разработки сплавов и передовых методов определения характеристик. Внедрение последних достижений позволяет производителям порошковых материалов выпускать их более оперативно, экономично и устойчиво.
