Распыление металлического порошка: распыление воды и газа
При распылении металлического порошка контролируемый поток расплавленного металла преобразуется в капли, после чего капли быстро затвердевают и образуют порошок. Распыляющая среда — обычно вода или газ под высоким давлением — сильно влияет на форму частиц, состояние поверхности, воздействие кислорода, метод сбора и стоимость производства.
Правильный процесс начинается с окончательного использования порошка. Рафинирование, прессование и спекание могут способствовать получению экономичного порошка неправильной формы, в то время как лазерная сварка в порошковом слое и другие требовательные системы подачи обычно требуют более сферического, текучего порошка с более строгим химическим контролем.
Что такое распыление металлического порошка?
Распыление металлического порошка является Производственный процесс, при котором расплавленный металл или сплав течет через промежуточное устройство или сопло и разбивается на мелкие капли высокоскоростной жидкостью. Капли охлаждаются и затвердевают внутри камеры распыления перед сбором, при необходимости сушкой, сортировкой и классификацией.
Распыление не обеспечивает автоматически точный размер частиц. Это создает распределение частиц по размерам. Температура расплава, вязкость, поверхностное натяжение, диаметр струи металла, геометрия распылителя, среднее давление, скорость потока, условия в камере и классификация - все это влияет на полезную фракцию порошка.
Как работает процесс распыления металла
Основной маршрут распыления воды и газа аналогичен. Важное различие проявляется, когда поток расплавленного металла достигает распылителя. Струи воды передают большой импульс и быстро отводят тепло. Газовые струи — часто азота или аргона, в зависимости от совместимости сплавов, — образуют капли в контролируемой атмосфере и позволяют им затвердевать во время полета.
Очень важен стабильный поток расплава. Если температура промковша, расход сопла или распыляющая струя изменяются во время партии, распределение частиц по размерам и морфология могут измениться вместе с этим.
Подтвердите химический состав и очистите сырье.
Достигните требуемого жидкого состояния и перегрев.
Отмерьте металл через сопло промковша.
Вода или газ разбивает поток на капли.
Капли охлаждаются внутри камеры.
При необходимости сушить, просеивать и проверять каждую фракцию.
Распыление воды и распыление газа
| Сравнение | Распыление воды | Газовое распыление |
|---|---|---|
| Распыляющая среда | Водяные струи высокого давления. | Высокоскоростной азот, аргон или другой технологически совместимый газ. |
| Типичная морфология | Более неправильные или угловатые частицы с более шероховатыми частицами поверхности. | Более сферические или почти сферические частицы при подходящих условиях. |
| Охлаждение и сбор | Быстрое охлаждение и сбор влажного порошка; требуется разделение и сушка. | Капли обычно затвердевают в камере, а порошок собирается в сухом виде. |
| Атмосфера и кислород | Контакт с водой и незащищенные этапы процесса могут увеличить риск окисления, в зависимости от металла и защиты. | Инертная обработка может способствовать снижению поглощения кислорода при условии герметичности системы, чистоты газа и сплав. |
| Распределение частиц | Часто широкое; требуемая фракция получается путем просеивания или классификации. | Может обеспечить полезную мелкую сферическую фракцию, но классификация все равно обычно требуется. |
| Текучесть | Порошок неправильной формы обычно течет менее свободно. | Сферический порошок обычно имеет лучшую текучесть и характеристики упаковки. |
| Относительные эксплуатационные затраты | Часто более экономичны для порошка большего объема, менее чувствительного к морфологии. | Обычно выше из-за требований к инертному газу, камере, атмосфере и качеству порошка. |
| Общее применения | Рафинирование, подготовка, прессование и спекание, некоторые MIM, сварка и марки порошковой металлургии. | Аддитивное производство, термическое напыление, сырье HIP и требовательные области применения сферических порошков. |
Важно: это типичные тенденции, а не автоматические гарантии. Плохо контролируемый процесс распыления газа может привести к образованию сателлитов, частиц неправильной формы или чрезмерного количества мелких частиц. Тщательно разработанный процесс распыления воды позволяет получать полезные субсферические фракции. Порошок должен быть проверен на соответствие окончательной спецификации применения.
Почему порошки, распыленные водой и газом, выглядят по-разному
Струи воды разбиваются и агрессивно гасят капли. Капли могут затвердеть до того, как поверхностное натяжение сможет полностью их окружить, что обычно приводит к образованию частиц неправильной формы. Их более шероховатая поверхность может обеспечить полезную прочность в сыром виде и сжимаемость при некоторых операциях прессования.
Капли, распыленные газом, остаются в воздухе, в то время как поверхностное натяжение притягивает их к сфере. Сферические частицы обычно текут и распределяются более равномерно, что важно, когда устройство для повторного нанесения покрытия, устройство подачи или узкий канал должны обеспечить равномерный слой порошка.
Форма частиц – это только одна часть качества. Сателлиты, внутренние поры, полые частицы, поверхностные оксиды и загрязнения по-прежнему могут влиять на производительность.
Шесть свойств порошка, которые имеют большее значение, чем просто сетка
Укажите требуемую микронную фракцию, допустимый размер и размер мелкой фракции, и полезный выход. Номинальный диапазон ячеек не описывает полное распределение.
Форма влияет на текучесть, упаковку, уплотнение и площадь поверхности. Определите, как будут оцениваться округлость, соотношение сторон или содержание спутников.
Установите состав сплава, предел содержания кислорода и ограничения по загрязнению. Атмосфера плавления, среда распыления и последующая обработка влияют на химический состав.
Испытания потока показывают, насколько последовательно порошок движется через воронку, питатель или систему осаждения. Должны быть указаны метод испытания и фракция порошка.
Плотность влияет на заполнение матрицы, упаковку, транспортировку и упаковку слоев. Сравните результаты с использованием одного и того же стандарта и метода кондиционирования.
Порошок, распыленный водой, требует контролируемого разделения и сушки. Атмосфера хранения и упаковка также могут изменить состояние порошка.
Что контролирует размер частиц металлического порошка?
Поэтому машина не может обещать, что каждая частица будет представлять собой одну точную сетку. Покупатели должны запросить целевое распределение и минимальный выход в пределах полезной фракции, а затем проверить это путем репрезентативной выборки.
Какие металлы можно распылять?
В принципе, многие металлы и сплавы, которые можно расплавить и выпустить в виде стабильного потока, можно распылить. На практике печь, тигель, промежуточный пролив, сопло, атмосфера и система сбора должны быть совместимы с температурой плавления металла, реакционной способностью и пределами загрязнения.
| Группа материалов | Возможное направление процесса | Точки для подтверждения |
|---|---|---|
| Золото, серебро и драгоценный металл сплавы | Распыление воды для рафинирования или прессования сырья; газовое распыление там, где требуется сферический порошок. | Степень восстановления, перекрестное загрязнение, кислород, безопасность и очистка между сплавами. |
| Медь и медные сплавы | Распыление воды для экономичного порошка; газовое распыление для более сферических марок. | Контроль окисления, сушка и окончательное электрическое или термическое применение. |
| Чугун и нержавеющая сталь | Распыление воды или газа в соответствии с морфологическими и химическими требованиями. | Температура печи, огнеупор совместимость, кислород и обработка после распыления. |
| Никель и жаропрочные сплавы | Управляемое распыление инертным газом обычно используется для требовательных порошковых применений. | Высокотемпературное плавление, перегрев, загрязнение и целостность инертной атмосферы. |
| Реактивные металлы и сплавы | Требуются специально разработанные процессы в контролируемой атмосфере. | Риск пожара/взрыва, взаимодействие тигля, поглощение кислорода и применимые стандарты безопасности. |
Когда следует выбирать Распыление воды или газа?
Выбирать распыление воды, когда
- Порошок неправильной формы или субсферической формы является приемлемым или выгодным.
- Стоимость производства и производительность партии являются основными приоритетами.
- Порошок предназначен для рафинирования, прессования, спекания или другого совместимого применения.
- Влажный сбор, сепарация, сушка и очистка сточных вод могут быть надлежащими управляемый.
- Требуемые пределы содержания кислорода и загрязнения могут быть достигнуты с помощью предлагаемой системы защиты.
Выбирайте газовое распыление, когда
- сферическая морфология и надежная текучесть имеют важное значение.
- Применение требует контролируемого химического состава и более низкого поглощения кислорода.
- Порошок разрабатывается для аддитивного производства, термического напыления, HIP или другой требовательной системы подачи.
- Проект может обеспечить потребление инертного газа, контроль атмосферы и более сложное оборудование.
- Квалификация будет включать в себя испытания на морфологию, химию, плотность и поток, а не только на размер частиц.
Как оценить образец распыленного металлического порошка
Прежде чем выбирать производственное оборудование, определите метод испытания и приемлемый результат для фактического применения порошка. Репрезентативный план квалификации может включать:
Обзор метрологии металлических порошков NIST показывает, почему размер частиц, морфология, плотность и поток требуют отдельных измерений. Образец поставщика следует оценивать по согласованной спецификации, а не только по внешнему виду.
Для распыления металлического порошка требуется нечто большее, чем распылительная форсунка
Полный процесс может включать индукционную плавку, нагрев промковша, системы подачи воды или газа под высоким давлением, камеру распыления, регенерацию порошка, отделение воды, сушка, просеивание, сбор пыли, инертизация, заземление и безопасное хранение. Утилиты и меры безопасности должны быть спроектированы с учетом реального сплава и масштаба производства.
Мелкодисперсные металлические порошки могут представлять опасность возгорания, взрыва, реактивности, вдыхания и статического разряда. Распыление воды также приводит к образованию сточных вод и влажного порошка, которые необходимо безопасно отделить и высушить; Распыление газа добавляет опасности, связанные с газом под высоким давлением и контролируемой атмосферой. Ознакомьтесь с рекомендациями OSHA по использованию горючей пыли и применимыми стандартами в стране установки.
От метода распыления к выбору оборудования
Часто задаваемые вопросы по распылению металлического порошка
В чем основная разница между распылением воды и газа?
При распылении воды используется вода под высоким давлением, и обычно получается влажный, более неровный порошок, требующий сушки. Газовое распыление использует высокоскоростной газ и позволяет получить более сферический порошок, собранный сухим способом в контролируемой атмосфере.
Всегда ли порошок, распыляемый газом, имеет сферическую форму?
Нет. Газовое распыление имеет тенденцию давать более сферический порошок, но морфология зависит от состояния расплава, конструкции сопла, расхода газа, давления распыления, условий в камере и свойств сплава. Спутники и частицы неправильной формы все еще могут встречаться.
Можно ли использовать распыленный водой порошок для 3D-печати?
Некоторые применения в связующей струе или других приложениях могут принимать квалифицированный сорт, распыляемый водой, но лазерная сварка в порошковом слое обычно отдает предпочтение сферическому порошку, распыленному газом, из-за требований к текучести и распределению слоев. Решение должно основываться на принтере, характеристиках порошка и результатах испытаний.
Всегда ли более высокое давление распыления делает порошок более мелким?
Давление является одной из влиятельных переменных, но его необходимо учитывать с учетом расхода среды, геометрии сопла, диаметра струи металла, вязкости сплава, перегрева и положения распылителя. Увеличение одного параметра само по себе не гарантирует стабильного выхода мелкодисперсного порошка.
Какую информацию о порошке следует предоставить поставщику оборудования?
Укажите сплав, партию и суточную производительность, требуемое микронное распределение, минимальный полезный выход, морфологию, предельные значения кислорода и примесей, требования к потоку и плотности, конечное применение, утилиты и предпочтительные методы испытаний.
В чем разница между металлическим порошком и металлическими гранулами?
Распыленный порошок производится и классифицируется на относительно мелкие фракции для процессов рафинирования, прессования, спекания, нанесения покрытия или добавок. Гранулы представляют собой более крупные частицы, обычно используемые для переплавки, дозирования или очистки, и обычно не требуют такой же жесткой квалификации порошка.
Определите порошок перед выбором оборудования для распыления
Отправьте в CDOCAST сплав, требуемый гранулометрический состав, морфологию, предел содержания кислорода, емкость партии и окончательное применение. Затем мы можем оценить распыление воды, распыление газа, метод плавления, структуру камеры и восстановление порошка как один процесс.
Обсудите свой проект по производству металлического порошка