Atomisasi logam adalah proses manufaktur yang mengubah paduan logam menjadi bubuk halus. Proses ini melibatkan peleburan logam dan memecahnya menjadi tetesan menggunakan atomisasi gas atau air. Tetesan dengan cepat mengeras menjadi partikel bubuk dengan rentang ukuran yang disesuaikan.
Serbuk atomisasi logam memiliki sifat unik dan digunakan di berbagai industri seperti otomotif, kedirgantaraan, biomedis, pencetakan 3D, dan banyak lagi. Artikel ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang peralatan atomisasi logam.
Gambaran Umum Proses Atomisasi Logam
Atomisasi logam menggunakan proses fisik untuk menghasilkan serbuk logam halus dengan kontrol yang tepat terhadap ukuran partikel, morfologi, dan struktur mikro. Berikut ini adalah aspek-aspek kunci dari proses atomisasi logam:
Tabel 1: Gambaran Umum Proses Atomisasi Logam
| Parameter | Detail |
|---|---|
| Metode | Atomisasi Gas, Atomisasi Air |
| Input Logam | Besi, Nikel, Kobalt, Tembaga, Paduan Aluminium, dll. |
| Meleleh | Peleburan induksi, Peleburan busur, Peleburan berkas elektron |
| Atomisasi | Gas atau air bertekanan tinggi memecah logam cair menjadi tetesan |
| Pemadatan | Laju pendinginan yang cepat menghasilkan serbuk halus |
| Ukuran Partikel | Dari 10 mikron hingga 250 mikron |
| Bentuk Partikel | Bentuk bulat, satelit, bentuk tidak beraturan |
| Aplikasi | Cetakan injeksi logam, Manufaktur aditif, Serbuk semprotan termal |
Titik awalnya adalah memasukkan paduan logam dalam bentuk kawat atau ingot ke dalam unit peleburan. Kolam lelehan kemudian terkena semburan gas atau air berkecepatan tinggi yang memecahnya menjadi semprotan tetesan logam. Saat tetesan mendingin dengan cepat, mereka mengeras menjadi partikel bubuk bulat yang halus.
Dengan mengontrol parameter proses seperti tekanan gas, laju aliran leleh, dan laju pendinginan, serbuk dapat disesuaikan dengan kemampuan mengalir, kepadatan, rentang ukuran, morfologi, dan struktur mikro.
Jenis Peralatan Atomisasi Logam
Ada dua jenis utama peralatan atomisasi yang digunakan - atomisasi gas dan atomisasi air.
Tabel 2: Perbandingan Atomisasi Gas dan Atomisasi Air
| Parameter | Atomisasi Gas | Atomisasi Air |
|---|---|---|
| Media Atomisasi | Nitrogen, Argon | Air |
| Rentang Tekanan | 5 - 50 bar | 2000 - 4000 bar |
| Ukuran Partikel | 10 - 150 mikron | 60 - 250 mikron |
| Bentuk Partikel | Lebih bulat | Lebih tidak teratur |
| Produktivitas | Lebih rendah | Lebih tinggi |
| Paduan | Sebagian besar paduan | Paduan terbatas |
| Biaya | Biaya peralatan yang lebih tinggi | Biaya peralatan yang lebih rendah |
Atomisasi Gas
Gas inert seperti nitrogen atau argon digunakan pada tekanan 5-50 bar untuk menghasilkan jet supersonik yang dapat mengatomisasi paduan dengan titik leleh hingga 3000°C. Laju aliran gas yang lebih rendah menghasilkan serbuk yang lebih bulat. Ukuran partikel yang lebih halus 10-150 mikron dapat dicapai dengan atomisasi gas.
Ini adalah proses serbaguna yang cocok untuk sebagian besar paduan termasuk paduan reaktif seperti titanium, aluminium, magnesium, dan komposit logam. Namun, produktivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan atomisasi air.
Atomisasi Air
Dalam atomisasi air, tekanan mulai dari 2000-4000 bar digunakan untuk membentuk jet air berkecepatan tinggi yang dapat mengatomisasi logam dengan titik leleh yang lebih rendah. Ini adalah proses dengan hasil yang lebih tinggi yang menghasilkan hingga ribuan pon bubuk per jam.
Bentuk serbuk lebih tidak beraturan dengan pengambilan oksigen yang lebih tinggi. Ukuran partikel 60-250 mikron lebih umum. Proses ini tidak cocok untuk paduan reaktif.
Desain Sistem Atomisasi Logam
Sistem atomisasi logam yang lengkap terdiri dari beberapa sub-sistem untuk penanganan material, peleburan, atomisasi, dan pemrosesan bubuk.
Tabel 3: Sub-Sistem dalam Peralatan Atomisasi Logam
| Sub-Sistem | Peran | Peralatan yang Digunakan |
|---|---|---|
| Penanganan material | Penyimpanan dan pasokan bahan baku | Hopper, Konveyor, Pengumpan |
| Meleleh | Melebur paduan logam menjadi cairan yang seragam | Tungku induksi, tungku peleburan busur, peleburan berkas elektron |
| Atomisasi | Memecah lelehan menjadi tetesan halus | Ruang atomisasi, Nozel gas/air |
| Penanganan bubuk | Pemisahan, pendinginan, pengumpulan, dan penyimpanan | Siklon, Layar, Konveyor, Tempat Sampah |
Faktor-faktor penting dalam merancang sistem atomisasi logam meliputi:
- Mengontrol parameter proses seperti suhu, tekanan gas/air, laju aliran
- Meminimalkan turbulensi lelehan sebelum atomisasi
- Desain nosel dan distribusi semburan gas/air yang seragam
- Kontrol laju pendinginan untuk struktur mikro bubuk yang diinginkan
- Pemisahan serbuk yang efisien dari media atomisasi
- Menampung serbuk halus dan meminimalkan bahaya
- Kontrol kualitas melalui pengujian laboratorium dan titik pengambilan sampel
Spesifikasi Peralatan Atomisasi Logam
Spesifikasi teknis bervariasi di berbagai sistem kapasitas yang berbeda dari skala lab hingga model produksi tinggi.
Tabel 4: Spesifikasi Umum untuk Peralatan Atomisasi Logam
| Parameter | Kisaran Khas |
|---|---|
| Kapasitas | 1 kg/jam hingga 5000 kg/jam |
| Daya Unit Peleburan | 10 kW hingga 1 MW |
| Suhu | 500°C hingga 2000°C |
| Tekanan | 5 bar hingga 4000 bar |
| Ukuran nosel | 0.5mm hingga 5mm |
| Bahan nosel | Tungsten karbida, Silikon karbida |
| Ukuran bubuk | 10 μm hingga 250 μm |
| Kandang | Baja tahan karat, Baja paduan |
| Tinggi badan | 2m hingga 10m |
| Jejak kaki | 2m x 2m hingga 10m x 4m |
| Sistem kontrol | PLC, SCADA |
Kapasitas, peringkat tekanan, kisaran suhu, dan jejak meningkat dari model lab ke sistem produksi industri. Kontrol presisi tinggi diperlukan untuk memantau dan mengatur parameter proses yang penting.
Standar Desain Peralatan Atomisasi Logam
Produsen peralatan mengikuti kode desain dan standar untuk komponen penting guna memastikan pengoperasian yang aman dan andal.
Tabel 5: Standar yang Relevan untuk Peralatan Atomisasi Logam
| Komponen | Standar yang Berlaku |
|---|---|
| Bejana Tekan | ASME SEC VIII Div 1, EN 13445, PD 5500 |
| Perpipaan | ASME B31.3, ANSI B16.5 |
| Penanganan bubuk | NFPA 654, EN 14460 |
| Nozel | ASME MFC-7M |
| Kontrol | IEC 61131, NFPA 79 |
| Struktural | AISC 360, EN 1993 |
| Komposisi bahan | ASTM, DIN, BS, UNS, EN |
Kepatuhan terhadap standar yang terkait dengan peralatan bertekanan, debu yang mudah terbakar, kontrol, material, dan fabrikasi struktural adalah wajib. Vendor harus memiliki sistem kualitas dan stempel kode seperti penandaan ASME U atau CE.
Aplikasi Bubuk Atomisasi Logam
Sifat unik serbuk atomisasi logam membuatnya cocok untuk beberapa aplikasi utama:
Tabel 6: Aplikasi Utama Serbuk Atomisasi Logam
| Aplikasi | Paduan yang Digunakan | Manfaat |
|---|---|---|
| Cetakan injeksi logam | Baja tahan karat, baja perkakas, tembaga | Presisi tinggi, suku cadang yang kompleks |
| Manufaktur aditif | Titanium, aluminium, paduan nikel | Paduan khusus, limbah minimal |
| Lapisan semprotan termal | Molibdenum, tembaga, paduan besi | Perlindungan keausan & korosi |
| Metalurgi serbuk | Besi, paduan berat tungsten | Bagian berpori, magnet |
| Dirgantara | Nikel Superalloys | Suku cadang mesin berkekuatan tinggi |
| Biomedis | Titanium, krom kobalt | Implan pengganti sendi |
Struktur mikro dan bentuk partikel memengaruhi kompresibilitas, kemampuan mengalir, densifikasi, dan respons sintering selama pembuatan komponen. Serbuk yang dikabutkan dengan gas dengan morfologi bola menawarkan kinerja terbaik.
Produsen Peralatan Atomisasi Logam
Beberapa produsen global terkemuka peralatan atomisasi logam di seluruh kapasitas skala kecil, menengah, dan besar:
Tabel 7: Produsen Peralatan Atomisasi Logam Terkemuka
| Perusahaan | Lokasi | Kapasitas |
|---|---|---|
| PSI | Jerman | Laboratorium, Percontohan, Skala produksi |
| EIG | AMERIKA SERIKAT | Kapasitas kecil hingga tinggi |
| Teknologi Vakum ALD | Jerman | Unit laboratorium kecil |
| TLS Technik GmbH | Jerman | Kapasitas sedang |
| Teknologi Material Sandvik | Swedia | Sistem produksi besar |
Produsen terkemuka memiliki pengalaman puluhan tahun dalam merancang sistem yang disesuaikan untuk berbagai kelompok paduan dan kebutuhan bubuk. Mereka juga menawarkan peralatan tambahan seperti saringan, pabrik, penguji metalografi.
Tabel 8: Kisaran Harga Model Peralatan Atomisasi Logam Standar
| Kapasitas | Kisaran Harga |
|---|---|
| Timbangan laboratorium (1-5 kg/jam) | $100.000 hingga $250.000 |
| Skala percontohan (10-50 kg/jam) | $500.000 hingga $1,5 juta |
| Skala produksi (200+ kg/jam) | $2 juta hingga $5 juta |
Kapasitas produksi yang lebih besar dengan beberapa aliran atomisasi, unit peleburan/pemanasan yang lebih besar, kontrol kelas atas, dan sistem penanganan serbuk lebih mahal. Lokasi dan persyaratan khusus lokasi juga memengaruhi harga.
Bagaimana Memilih Pemasok Peralatan Atomisasi Logam
Faktor-faktor penting yang perlu dipertimbangkan ketika memilih pemasok peralatan atomisasi logam:
Tabel 9: Kriteria Pemilihan Pemasok Peralatan Atomisasi Logam
| Parameter | Detail |
|---|---|
| Pengalaman | Tahun dalam bisnis, jumlah instalasi yang telah dilakukan |
| Kemampuan | Keahlian staf, portofolio teknologi, fasilitas R&D |
| Fleksibilitas | Kustomisasi untuk memenuhi persyaratan produk |
| Kepatuhan terhadap standar | Sertifikasi seperti ISO, standar industri |
| Layanan purna jual | Dukungan instalasi, pelatihan, kontrak pemeliharaan |
| Biaya | Model penetapan harga, total biaya kepemilikan |
| Pengiriman | Waktu tunggu, pengiriman, kesiapan lokasi |
| Lokasi | Kedekatan geografis untuk dukungan |
Carilah pemain yang sudah mapan dengan keahlian yang telah terbukti di berbagai spesifikasi logam, timbangan, dan bubuk. Pastikan mereka menawarkan solusi fleksibel yang disesuaikan dengan kebutuhan Anda. Tinjau biaya perawatan, ketersediaan suku cadang, garansi sebelum membeli.
Memasang Sistem Atomisasi Logam
Peralatan atomisasi logam memerlukan perencanaan dan pemasangan lokasi yang cermat. Di bawah ini adalah beberapa panduan utama:
Tabel 10: Daftar Periksa Instalasi Peralatan Atomisasi Logam
| Aktivitas | Detail |
|---|---|
| Perencanaan lokasi | Pastikan ruang, utilitas, dan penampungan sekunder yang memadai |
| Pekerjaan sipil | Pondasi beton, dinding, pekerjaan drainase |
| Perakitan | Merakit sub-sistem sesuai gambar |
| Utilitas | Saluran listrik, air proses, dan gas inert |
| Ventilasi | Ekstraksi asap, filtrasi HEPA |
| Komisioning | Pengujian kering & basah, uji coba bubuk |
| Keamanan | Mengintegrasikan kunci pengaman, alarm |
| Dokumentasi | Panduan pengoperasian, gambar P&ID, laporan inspeksi |
| Pelatihan operator | Pelatihan di kelas dan pelatihan langsung |
Utilitas yang tepat, sistem keselamatan, struktur penahanan, dan pelatihan operator membantu memastikan kelancaran start up dan pengoperasian yang aman. Vendor memberikan dukungan teknis selama instalasi dan commissioning.
Cara Mengoperasikan Sistem Atomisasi Logam
Kualitas bubuk yang konsisten bergantung pada operasi yang stabil mengikuti prosedur standar:
Tabel 11: Panduan Pengoperasian Peralatan Atomisasi Logam
| Aktivitas | Petunjuk |
|---|---|
| Memulai | Memberi energi pada utilitas, menjalankan siklus pembersihan, memanaskan nozel |
| Meleleh | Mengisi bahan baku, memungkinkan waktu rendam leleh yang memadai |
| Atomisasi | Buka katup gas/air ke tekanan terukur |
| Pemantauan | Amati pola semprotan nozzle, sesuaikan parameter |
| Matikan | Hentikan atomisasi, biarkan lelehan mengeras sebelum dikeringkan |
| Penanganan bubuk | Tangani bubuk panas dengan hati-hati, hindari masuknya udara |
| Pemeliharaan | Memeriksa suku cadang habis pakai, memelihara persediaan suku cadang |
| Keamanan | Pastikan interlock, ventilasi berfungsi dengan baik |
| Pemeriksaan kualitas | Mengambil sampel untuk analisis ukuran, morfologi, kimia |
Pemantauan variabel proses secara terus menerus seperti suhu, tekanan, aliran air/gas diperlukan. Jadwal pemeliharaan dan prosedur operasi standar harus diikuti dengan ketat.
Persyaratan Perawatan untuk Peralatan Atomisasi Logam
Perawatan rutin sangat penting untuk memaksimalkan masa pakai dan kinerja peralatan.
Tabel 12: Daftar Periksa Pemeliharaan untuk Peralatan Atomisasi Logam
| Sub-sistem | Kegiatan Pemeliharaan | Frekuensi |
|---|---|---|
| Unit Peleburan | Memeriksa kumparan induksi, bahan pengisi daya, insulasi | Bulanan |
| Nozel | Periksa kondisi lubang, ganti nozel | 500 siklus |
| Ruang atomisasi | Periksa kondisi refraktori | 6 bulan |
| Saluran gas | Periksa kebocoran, kalibrasi aliran | 3 bulan |
| Saluran air | Periksa segel, katup, pompa | Bulanan |
| Kontrol | Mengkalibrasi sensor, menguji interlock | 3 bulan |
| Ekstraksi asap | Periksa filter, saluran | Mingguan |
| Penanganan bubuk | Periksa tempat sampah, segel, gasket | Mingguan |
Suku cadang habis pakai yang penting seperti kumparan induksi, nozel, gasket memerlukan perencanaan inventaris untuk menghindari waktu henti. Kontrak pemeliharaan tahunan dengan vendor sangat disarankan.
Keuntungan dan Keterbatasan Atomisasi Logam
Tabel 13: Keuntungan dan Keterbatasan Proses Atomisasi Logam
| Keuntungan | Keterbatasan |
|---|---|
| Kontrol yang tepat atas ukuran dan morfologi partikel | Biaya modal dan operasional yang lebih tinggi |
| Paduan khusus dan struktur mikro yang memungkinkan | Produktivitas terbatas untuk unit yang lebih kecil |
| Diperlukan panas super leleh minimal | Paduan reaktif membutuhkan gas inert |
| Oksidasi yang lebih rendah dibandingkan dengan atomisasi gas | Bentuk bubuk tidak beraturan dengan atomisasi air |
| Cocok untuk paduan reaktif yang menggunakan gas inert | Membutuhkan peralatan penanganan bubuk tambahan |
| Bagian yang hampir berbentuk jaring dari serbuk | Bahaya keselamatan dari serbuk piroforik halus memerlukan tindakan pencegahan |
Proses ini paling sesuai untuk sejumlah kecil serbuk khusus meskipun biayanya lebih tinggi. Prosedur keselamatan untuk menangani serbuk logam halus yang reaktif sangat penting. Model produksi yang lebih besar menawarkan skala ekonomis yang lebih baik untuk aplikasi volume tinggi.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
T: Apa perbedaan antara atomisasi gas dan atomisasi air?
J: Atomisasi gas menggunakan gas inert pada tekanan yang lebih rendah untuk menghasilkan partikel serbuk yang lebih halus dan lebih bulat dibandingkan dengan atomisasi air yang menggunakan air pada tekanan sangat tinggi untuk hasil yang lebih tinggi tetapi bentuk serbuknya tidak beraturan.
T: Berapa ukuran partikel yang dapat dicapai dengan atomisasi logam?
J: Ukuran partikel mulai dari sekitar 10 mikron hingga 250 mikron dapat diproduksi, tergantung pada metode dan parameter pengoperasian. Atomisasi gas dapat menghasilkan serbuk yang lebih halus dalam kisaran 10-100 mikron.
T: Logam apa yang dapat dikabutkan menjadi bubuk?
J: Sebagian besar sistem paduan termasuk baja, aluminium, titanium, nikel, kobalt, paduan tembaga dapat dikabutkan. Logam tahan api dengan titik leleh yang sangat tinggi sulit untuk dikabutkan.
T: Berapa biaya sistem peralatan atomisasi logam?
J: Biaya berkisar dari sekitar $100.000 untuk unit lab hingga beberapa juta dolar untuk sistem industri besar, tergantung pada kapasitas, otomatisasi, dan persyaratan penyesuaian.
T: Tindakan pencegahan keamanan apa yang diperlukan untuk atomisasi logam?
J: Persyaratan utama meliputi penutup berventilasi, siklus pembersihan gas inert, kunci pengaman, sistem penahanan yang memadai untuk serbuk logam piroforik halus, dan peralatan pelindung personel.
T: Apa yang menentukan distribusi ukuran partikel bubuk yang dikabutkan?
J: Ukuran partikel dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti laju aliran lelehan, tekanan gas/air atomisasi, desain nosel, suhu lelehan, dan laju pendinginan. Mengoptimalkan parameter ini adalah kunci untuk distribusi ukuran yang diinginkan.
T: Apa saja aplikasi utama bubuk atomisasi logam?
J: Aplikasi utama adalah pencetakan injeksi logam, manufaktur aditif termasuk pencetakan 3D, pelapis semprotan termal, pengepresan dan sintering metalurgi serbuk, komponen kedirgantaraan, implan biomedis.
T: Seberapa sering perawatan diperlukan untuk peralatan atomisasi logam?
J: Pemeliharaan preventif rutin direkomendasikan setiap beberapa bulan pada sub-sistem seperti saluran gas, saluran air, nozel, kumparan induksi, dan pengunci pengaman untuk memaksimalkan kinerja. Bahan habis pakai mungkin perlu diganti setiap beberapa ratus siklus tergantung pada penggunaan.
Kesimpulan
Atomisasi logam mengubah paduan menjadi serbuk halus berbentuk bola atau tidak beraturan dengan sifat unik yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi di seluruh industri. Atomisasi gas memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap ukuran dan bentuk partikel dibandingkan dengan atomisasi air dengan volume yang lebih tinggi.
Perancangan sub-sistem yang cermat untuk penanganan material, peleburan, atomisasi, dan pengumpulan serbuk diperlukan untuk kinerja yang optimal. Vendor terkemuka menyediakan peralatan yang dapat disesuaikan mulai dari sistem R&D kecil hingga kapasitas industri besar.
Pemasangan yang tepat, fitur keselamatan, pelatihan operator, dan perawatan rutin sangat penting untuk memaksimalkan produksi, efisiensi, dan keselamatan saat mengoperasikan unit atomisasi logam. Serbuk logam yang dikabutkan memungkinkan pembuatan komponen berkinerja tinggi yang sulit diproduksi melalui rute metalurgi konvensional.