Gasverdüsung von Metallpulver bezieht sich auf ein Materialverarbeitungsverfahren zur Herstellung feiner kugelförmiger Metallpulver für Anwendungen wie Metallspritzguss (MIM), additive Fertigung, Pressen und Sintern, thermische Spritzschichten, Pulvermetallurgie und mehr.
Bei der Gaszerstäubung werden geschmolzene Metalllegierungen mit Hilfe von Hochdruck-Inertgasdüsen in Tröpfchen zerlegt. Die Tröpfchen verfestigen sich schnell zu Pulver und ergeben eine hochsphärische Morphologie, die sich ideal für die Pulverkonsolidierung eignet.
Dieser Leitfaden befasst sich mit der Zusammensetzung von gaszerstäubten Metallpulvern, ihren Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Produktionsmethoden, Lieferanten, Vor- und Nachteilen und häufig gestellten Fragen, die zu beachten sind.
Zusammensetzung von gaszerstäubten Metallpulvern
Verschiedene Metalle und Legierungen mit maßgeschneiderten chemischen Eigenschaften werden zu Pulvern zerstäubt:
| Material | Überblick über die Zusammensetzung | Gängige Legierungen |
|---|---|---|
| Rostfreier Stahl | Fe-Cr + Ni/Mn/Mo | 304, 316, 410, 420 |
| Werkzeugstahl | Fe-Cr-C + W/V/Mo-Legierungen | H13, M2, P20 |
| Aluminiumlegierung | Al + Cu/Mg/Mn/Si | 2024, 6061, 7075 |
| Titan-Legierung | Ti + Al/V-Legierungen | Ti-6Al-4V |
| Nickel-Legierung | Ni + Cr/Fe/Mo-Legierungen | Inconel 625, 718 |
| Kupferlegierung | Cu + Sn/Zn/Legierungen | Messing, Bronze |
Diese Metallpulver bieten spezifische mechanische, thermische, elektrische und andere physikalische Eigenschaften für den Fertigungsbedarf.
Merkmale von Gasverdüsung Metallpulver
Neben der chemischen Zusammensetzung sind Merkmale wie Partikelgröße, -form, -dichte und Mikrostruktur für die Leistung entscheidend:
| Attribut | Beschreibung | Überlegungen |
|---|---|---|
| Partikelgrößenverteilung | Bereich/Verteilung von Durchmessern | Auswirkungen auf minimale Merkmalsauflösung, Packungseffizienz |
| Morphologie der Partikel | Form/Oberflächenstruktur des Pulvers | Abgerundete, glatte Partikel sorgen für beste Fließfähigkeit und Handhabung |
| Scheinbare Dichte | Gewicht pro Volumen einschließlich der Hohlräume zwischen den Partikeln | Beeinflusst Verdichtbarkeit und Clustering |
| Dichte des Gewindebohrers | Abgesetzte Dichte nach mechanischem Abstechen | Bezieht sich auf die Leichtigkeit der Verdichtung des Pulverbettes |
| Oberflächenchemie | Oberflächenoxide, Restgase oder Feuchtigkeit | Beeinflusst die Stabilität und Konsistenz des Pulvers |
| Mikrostruktur | Korngröße/Phasenverteilung | Bestimmt Eigenschaften wie Härte, Duktilität nach Verfestigung |
Diese miteinander verknüpften Aspekte werden je nach Bedarf ausgeglichen.
Anwendungen der Gaszerstäubung von Metallpulver
Der konsistente Materialeinsatz und die Möglichkeiten der Netzformung unterstützen vielfältige Anwendungen:
| Industrie | Verwendet | Beispiele für Komponenten |
|---|---|---|
| Additive Fertigung | Ausgangsmaterial für den 3D-Druck | Luft- und Raumfahrtschaufeln, medizinische Implantate |
| Metall-Spritzgießen | Kleine, komplizierte Metallteile | Düsen, Zahnräder, Befestigungselemente |
| Pressen und Sintern | Produktion von P/M-Komponenten | Strukturelle Autoteile, Militär-/Feuerwaffenkomponenten |
| Thermisches Spritzen | Oberflächenbeschichtungen | Antiverschleiß- und Anti-Korrosions-Beschichtungen |
| Pulvermetallurgie | Oilite-Lager, selbstschmierende Buchsen | Verschleißteile mit poröser Struktur |
Die Gaszerstäubung bietet einen einzigartigen Zugang zu maßgeschneiderten Mikrostrukturen und Chemikalien, die den Anforderungen an die Endleistung entsprechen.
Spezifikationen
Obwohl sie anwendungsspezifisch sind, gehören zu den üblichen Nennbereichen:
| Parameter | Typischer Bereich | Prüfverfahren |
|---|---|---|
| Partikelgrößenverteilung | 10 - 250 μm | Laserbeugung, Sieb |
| Partikelform | >85% kugelförmig | Mikroskopie |
| Scheinbare Dichte | 2 - 5 g/cm3 | Hall-Durchflussmesser |
| Dichte des Gewindebohrers | 3 - 8 g/cm3 | Anzapf-Volumenzähler |
| Restgase | < 1000 ppm | Inertgas-Analyse |
| Gehalt an Oberflächenoxid | < 1000 ppm | Inertgas-Analyse |
Engere Verteilungskurven gewährleisten eine zuverlässige Leistung in nachfolgenden Prozessen.
Überblick über die Gaszerstäubungsproduktion
- Beschickung des Induktionsofens mit Rohstoffen wie Metallblöcken und Schrott
- Schmelzmaterial, Probenchemie und Temperatur
- Einleiten des geschmolzenen Metallstroms in die Düse(n) des Gaszerstäubers, die eng miteinander verbunden sind
- Glatte(r) Flüssigmetallstrom(e) formen
- Hochgeschwindigkeits-Inertgasdüsen (N2, Ar) zerlegen den Strom in Tröpfchen
- Metalltröpfchen erstarren schnell zu Pulver ~100-800 μm
- Grobfraktionen über Zyklonabscheider thermisch klassieren
- Feines Pulver in Auffangsystemen und Behältern sammeln
- Siebung und Klassifizierung in Größenfraktionen nach Bedarf
- Verpackung/Lagerung von Material mit inertem Füllmaterial
Die genaue Kontrolle aller Aspekte dieses Prozesses ist der Schlüssel zur Konsistenz.
Gasverdüsung Metallpulver Anbieter
Viele weltweit führende Materialhersteller bieten die Herstellung durch Gaszerstäubung an:
| Anbieter | Materialien | Beschreibung |
|---|---|---|
| Sandvik | Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, Superlegierungen | Breites Spektrum an gasverdüsten Legierungen |
| Tischlertechnik | Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, Speziallegierungen | Kundenspezifische Legierungen verfügbar |
| Höganäs | Werkzeugstähle, nichtrostende Stähle | Weltweit führend in der Zerstäubung |
| Praxair | Titanlegierungen, Superlegierungen | Zuverlässiger Lieferant von Präzisionsmaterialien |
| Fischadler Metalle | Rostfreier Stahl, Superlegierungen | Schwerpunkt auf reaktiven und exotischen Legierungen |
Die Mengenpreise hängen von den Marktbedingungen, Vorlaufzeiten, Kosten für exotische Materialien und anderen kommerziellen Faktoren ab.
Kompromisse bei der Betrachtung von Metallpulver aus der Gasverdüsung
Vorteile:
- Konsistente sphärische Morphologie
- Enge Partikelgrößenverteilungen
- Bekannte und einheitliche Eingangschemie
- Kontrolliertes, sauberes Materialgefüge
- Ideale Fließeigenschaften für die AM-Abscheidung
- Ermöglicht dünne Wände/verschlungene Geometrien
Nachteile:
- Erfordert erhebliche Investitionen in die Infrastruktur
- Begrenzte Verfügbarkeit von Legierungen gegenüber Wasserzerstäubung
- Besondere Handhabung zur Vermeidung von Kontaminationen
- Kosten höher als bei alternativen Methoden bei Produktionsmengen
- Geringere Ausbeute als bei alternativen Verfahren
- Begrenzte Kapazität für ultrafeine Partikelgrößen
Für kritische Anwendungen bietet gaszerstäubtes Pulver einzigartige Vorteile in Bezug auf Konsistenz und Leistung.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der entscheidende Unterschied zwischen Gas- und Wasserzerstäubung?
Bei der Gaszerstäubung werden ausschließlich Inertgasdüsen verwendet, um geschmolzenes Metall in Pulver zu zerlegen, während bei der Wasserzerstäubung Wasserstrahlen mit Gasdüsen interagieren, was zu schnelleren Abkühlungsraten, aber unregelmäßigerem Pulver führt.
Was ist die engste erreichbare Partikelgrößenverteilung?
Spezielle Düsen, Abstimmungen und Klassiererstufen ermöglichen Partikelgrößenverteilungen bis zu D10: 20 μm, D50: 30 μm, D90: 44 μm für die Gaszerstäubung. Es werden weiterhin noch engere Bereiche entwickelt.
Wie klein können Gaszerstäubungsdüsen werden?
Es wurden Düsenbohrungen bis zu 0,5 mm entwickelt, um Chargenmengen von weniger als 1 kg pro Stunde zu produzieren. Allerdings bleibt die Klassifizierung von Pulver im freien Fall unter 20 μm schwierig.
Was beeinflusst die Konsistenz zwischen den einzelnen Pulverchargen?
Die Kontrolle der Zusammensetzung, der Sauberkeit, der Temperaturprofile, der Gasdrücke, der Zerstäubungsbedingungen und der Handhabung/Lagerung des Pulvers tragen alle zur Reproduzierbarkeit bei. Eine strenge Prozesskontrolle ist unerlässlich.
Wie hoch ist die typische Pulverausbeute im Verhältnis zur Ausgangsmasse?
Für gängige Legierungen und Größenbereiche liegen die Ausbeuteprozentsätze in der Regel zwischen 50 und 85%, je nach gewünschter Verteilungsbreite und akzeptablem Anteil. Feinere Verteilungen haben geringere Ausbeuten.