Обзор
Атомизированный металл относятся металлические порошки, получаемые путем распыления - превращения расплавленного металла в мелкие капли, которые застывают в порошковые частицы. Распыление позволяет получать металлические порошки с точными размерами, формой и химическим составом частиц.
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 |
Характеристики распыляемых металлических порошков
| 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 |
Области применения распыляемых металлических порошков
| 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 |
Технические характеристики оборудования для распыления металла
| 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.
Выбор поставщика оборудования для распыления металла
| 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.
