Atomisasi logam adalah proses yang digunakan untuk menghasilkan serbuk logam halus untuk berbagai aplikasi. Proses ini melibatkan peleburan logam dan kemudian memecahnya menjadi tetesan halus menggunakan gas atau gaya sentrifugal. Tetesan dengan cepat mengeras menjadi partikel bubuk. Sistem atomisasi logam adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan proses ini secara efisien pada skala industri.
Gambaran Umum Sistem Atomisasi Logam
Sistem atomisasi logam terdiri dari unit peleburan logam, mekanisme atomisasi, dan sistem pengumpulan bubuk. Komponen utamanya adalah:
Unit Peleburan Logam
- Wadah peleburan
- Kumparan atau elektroda induksi
- Sensor suhu
- Penyegelan gas inert
Mekanisme Atomisasi
- Nozel untuk atomisasi gas
- Disk atau cangkir yang berputar untuk atomisasi sentrifugal
Sistem Pengumpulan Bubuk
- Pemisah siklon
- Filter rumah kantong
- Scrubber dan kondensor
Muatan logam pertama-tama dilebur di dalam wadah menggunakan pemanasan induksi atau pemanasan hambatan listrik. Logam cair kemudian diarahkan ke bagian atomisasi.
Dalam atomisasi gas, semburan gas bertekanan tinggi menghantam aliran logam dan memecahnya menjadi tetesan-tetesan halus. Dalam atomisasi sentrifugal, logam cair dituangkan pada piringan/cawan berputar yang mengeluarkannya secara radial menjadi tetesan karena gaya sentrifugal.
Tetesan membeku dengan cepat saat jatuh melalui ruang pendingin karena rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi. Gas inert mencegah oksidasi. Partikel serbuk yang dipadatkan dikumpulkan dalam pemisah, filter dan kondensor.
Jenis-jenis Sistem Atomisasi Logam
Ada dua jenis utama mekanisme atomisasi yang digunakan:
Atomisasi Gas
- Menggunakan semburan gas inert bertekanan tinggi
- Dapat membuat serbuk yang lebih halus hingga 10 mikron
- Nitrogen, argon yang digunakan sebagai gas atomisasi
Atomisasi Sentrifugal
- Menggunakan cangkir atau disk yang berputar
- Membuat serbuk yang lebih kasar lebih dari 20 mikron
- Desain sederhana, tidak perlu penanganan gas
Atomisasi Vakum
- Dilakukan di bawah vakum, bukan gas inert
- Mengurangi penyerapan gas oleh bubuk
Atomisasi Ultrasonik
- Menggunakan getaran ultrasonik untuk membuat tetesan
- Untuk produksi skala penelitian
Atomisasi Elektrostatik
- Menggunakan medan listrik untuk menghancurkan aliran logam
- Teknik eksperimental
Desain Sistem Atomisasi Logam
Komponen utama dari sistem atomisasi gas yang khas adalah:
Tabel 1: Desain Sistem Atomisasi Gas
| Komponen | Detail |
|---|---|
| Unit Peleburan | Wadah peleburan induksi, kapasitas 50-2000 kg |
| Perakitan Nozzle | Beberapa nozel berpasangan dekat, diameter 2-5 mm |
| Melelehkan Panas Super | Nitrogen/argon yang disuntikkan untuk melelehkan super panas |
| Ruang Atomisasi | Berpendingin air, tinggi 3-5 m |
| Pasokan Gas | Nitrogen/Argon, tekanan 50-100 bar |
| Pemisah Siklon | Beberapa siklon secara seri untuk pengumpulan bubuk |
| Filter Akhir | Baghouse, filter kartrid |
Desain dan jumlah nosel penting untuk mencapai distribusi ukuran partikel serbuk halus yang diinginkan. Ketinggian ruang atomisasi memberikan waktu bagi tetesan untuk mengeras sebelum dikumpulkan.
Gas industri bermutu tinggi seperti nitrogen atau argon dipasok dari tabung gas terkompresi atau generator di tempat. Tekanan dan laju alirnya menentukan ukuran tetesan.
Spesifikasi Sistem Atomisasi Logam
Spesifikasi umum untuk sistem atomisasi gas skala industri adalah:
Tabel 2: Spesifikasi Sistem Atomisasi Logam
| Parameter | Spesifikasi |
|---|---|
| Kapasitas Produksi | 10 kg/jam hingga 5000 kg/jam |
| Ukuran Partikel | 10 - 150 mikron |
| Jenis Logam | Paduan nikel, besi, kobalt, dan tembaga |
| Suhu leleh | 1600 ° C maks |
| Tekanan Gas | 10 - 100 bar |
| Tingkat Pendinginan | 104 - 106 K/s |
| Kemurnian Bubuk | 99.5% |
| Desain Nozzle | Celah melingkar, jet terpisah |
| Gas Atomisasi | Nitrogen, Argon |
Kapasitasnya tergantung pada ukuran wadah dan bervariasi dari skala laboratorium / pilot 10 kg / jam hingga sistem skala besar 5000 kg / jam. Sebagian besar paduan nikel, besi, dan kobalt dikabutkan tetapi logam lain seperti aluminium, paduan tembaga juga diproses.
Tekanan gas yang tinggi dan laju pendinginan yang cepat memastikan partikel serbuk mikroskopis yang halus dalam kisaran ukuran 10-150 mikron. Serbuk dengan kemurnian 99,5% dapat diperoleh.
Aplikasi Sistem Alat Penyemprot Logam
Beberapa aplikasi utama serbuk logam yang dihasilkan dari atomisasi meliputi:
Tabel 3: Aplikasi Serbuk Logam
| Industri | Aplikasi |
|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, cakram |
| Otomotif | Bagian yang disinter, filter |
| Elektronik | Resistor chip, konduktor |
| Manufaktur Aditif | Bubuk pencetakan 3D |
| Bahan kimia | Katalis, pigmen |
| Biomedis | Implan, prostetik |
Dalam industri kedirgantaraan, serbuk paduan nikel dan titanium digunakan untuk memproduksi bilah turbin dan cakram dengan bentuk yang rumit dengan metalurgi serbuk. Industri otomotif menggunakan serbuk besi dan baja yang dikabutkan untuk bagian yang disinter seperti roda gigi.
Serbuk tembaga dan perak halus berfungsi sebagai konduktor dan resistor dalam aplikasi mikroelektronika. Serbuk logam adalah bahan baku untuk metode manufaktur aditif seperti pencetakan 3D.
Serbuk paduan khusus digunakan sebagai katalis dan pigmen kimia. Serbuk baja tahan karat berpori digunakan untuk implan tulang ortopedi di bidang biomedis.
Keuntungan dari Sistem Atomisasi Logam
Beberapa manfaat menggunakan atomisasi logam untuk produksi bubuk:
Tabel 4: Keuntungan Atomisasi Logam
| Manfaat | Detail |
|---|---|
| Serbuk yang lebih halus | Ukuran mikrometer hingga nanometer |
| Distribusi ukuran yang sempit | Kontrol yang tepat atas ukuran partikel |
| Kemurnian tinggi | Hindari kontaminasi dari penggilingan |
| Biaya lebih rendah | Lebih murah daripada penggilingan mekanis |
| Kontrol komposisi | Memadukan mungkin dalam lelehan |
| Partikel bulat | Kemampuan mengalir yang baik |
| Serbaguna | Berbagai macam paduan yang dikabutkan |
Atomisasi gas dan sentrifugal dapat menghasilkan serbuk logam yang lebih halus hingga 10 mikron dibandingkan dengan penggilingan mekanis. Distribusi ukuran partikel lebih sempit sehingga memberikan kontrol yang lebih baik.
Karena tidak ada media penggilingan yang terlibat, kemurnian serbuk lebih tinggi. Modal dan biaya operasional lebih rendah daripada penggilingan mekanis.
Elemen paduan dapat ditambahkan dalam wadah yang memungkinkan fleksibilitas dalam komposisi bubuk. Partikel serbuk berbentuk bola memberikan kemampuan alir yang baik yang penting untuk pengisian cetakan.
Hampir semua paduan dari nitinol hingga inconel dapat diatomisasi dengan kontrol yang tepat atas parameter proses.
Keterbatasan Atomisasi Logam
Beberapa kelemahan sistem atomisasi logam adalah:
Tabel 5: Keterbatasan Atomisasi Logam
| Kekurangan | Detail |
|---|---|
| Titik leleh tinggi | Terbatas pada logam dengan leleh rendah |
| Logam reaktif | Sulit untuk mengatomisasi logam reaktif seperti titanium, aluminium |
| Penjemputan gas | Gas yang diserap mempengaruhi kualitas bubuk |
| Partikel satelit | Beberapa partikel tidak beraturan yang lebih besar terbentuk |
| Biaya modal tinggi | Investasi besar diperlukan untuk sistem yang besar |
Logam dengan titik leleh yang sangat tinggi di atas 1800°C seperti tungsten, molibdenum sulit untuk dikabutkan karena keterbatasan wadah. Logam reaktif seperti titanium, aluminium membutuhkan vakum atau atmosfer inert.
Gas yang diserap selama proses atomisasi mempengaruhi karakteristik bubuk. Beberapa partikel satelit berbentuk tidak beraturan juga terbentuk selama atomisasi bersama dengan partikel bola.
Sistem atomisasi logam skala besar membutuhkan investasi modal besar lebih dari $2 juta. Biaya operasional juga relatif tinggi.
Pemasok Sistem Atomisasi Logam
Beberapa pemasok global terkemuka untuk peralatan atomisasi logam adalah:
Tabel 6: Pemasok Sistem Atomisasi Logam
| Perusahaan | Lokasi | Skala |
|---|---|---|
| Phoenix Scientific | Rockwood, Amerika Serikat | Laboratorium hingga industri |
| Meningkatkan Bubuk Logam | Manchester, Inggris | Laboratorium hingga industri |
| Tanyakan Bahan Kimia | Hilden, Jerman | Laboratorium hingga industri |
| ZenniZ | Moskow, Rusia | Industri |
| Vakum ALD | Hanau, Jerman | Industri |
Perusahaan-perusahaan ini menawarkan sistem atomisasi gas, sentrifugal, dan vakum mulai dari skala lab/pilot 5 kg/jam hingga kapasitas besar 2000 kg/jam. Sistem siap pakai dengan unit peleburan, atomisasi, dan penanganan bubuk juga disediakan.
Sistem atomisasi dihargai mulai dari $100.000 untuk unit laboratorium hingga lebih dari $2 juta untuk pabrik industri berdasarkan kapasitas dan fitur. Lokasi, pajak, transportasi, dan lain-lain juga mempengaruhi harga.
Memasang Sistem Atomisasi Logam
Langkah-langkah utama dalam memasang sistem atomisasi logam adalah:
Tabel 7: Pemasangan Alat Penyemprot Logam
| Panggung | Tindakan |
|---|---|
| Persiapan lokasi | Ratakan lantai beton, pasang utilitas |
| Perakitan | Merakit sub-unit seperti wadah, bagian nosel |
| Koneksi | Menghubungkan saluran gas, air pendingin, saluran |
| Komisioning | Uji coba kosong, pemeriksaan kebocoran, uji coba dengan kapasitas rendah |
| Pemeriksaan keamanan | Pasang penghentian darurat, pemadaman kebakaran, alarm |
| Pelatihan personel | Melatih staf tentang pengoperasian dan pemeliharaan sistem |
Peralatan ini berat sehingga lokasi harus memiliki lantai beton yang rata dan bebas getaran. Utilitas seperti air pendingin, gas inert, dan saluran pembuangan perlu dihubungkan.
Sistem ini kemudian dirakit, disejajarkan, diuji kebocoran, dan pada awalnya dijalankan dalam keadaan kosong sebelum commissioning panas yang sebenarnya. Sistem keselamatan untuk pemadaman darurat, kebakaran atau kebocoran lelehan harus beroperasi.
Pelatihan menyeluruh terhadap personel operasi oleh vendor sangat penting untuk kelancaran operasi.
Mengoperasikan dan Merawat Alat Penyemprot Logam
Aspek-aspek utama dalam mengoperasikan sistem atomisasi logam meliputi:
Tabel 8: Pengoperasian Alat Penyemprot Logam
| Kegiatan | Detail |
|---|---|
| Penanganan bahan baku | Gunakan sarung tangan yang tepat, wadah untuk muatan logam |
| Pembersihan wadah | Menghilangkan residu, terak dengan menggiling, pengawetan asam |
| Lapisan wadah | Periksa lapisan, lapisi ulang/ganti sesuai kebutuhan |
| Parameter proses | Menjaga suhu, tekanan, aliran yang tepat |
| Kondisi nosel | Periksa nozel apakah ada keausan, penyumbatan |
| Penanganan bubuk | Pastikan wadah dan prosedur pemindahan yang tepat |
| Inspeksi peralatan | Periksa segel, konektor, sistem keamanan |
| Pemeliharaan | Menjadwalkan pemeliharaan preventif, perbaikan |
Alat pelindung yang tepat harus digunakan saat menangani potongan logam mentah untuk menghindari kontaminasi. Wadah peleburan memerlukan pembersihan rutin dan pemeliharaan lapisan refraktori.
Pemantauan yang cermat terhadap parameter proses seperti suhu, tekanan, dan aliran gas adalah penting. Nozel, terutama untuk atomisasi gas, memerlukan pemeriksaan dan penggantian secara berkala.
Serbuk halus yang dihasilkan membutuhkan penanganan yang hati-hati untuk mencegah risiko paparan. Inspeksi rutin membantu menemukan kebocoran, kerusakan, dan memastikan semua sistem keselamatan berfungsi. Pemeliharaan preventif harus dijadwalkan untuk menghindari kerusakan.
Memilih Pemasok Alat Penyemprot Serbuk Logam
Faktor-faktor utama dalam memilih pemasok sistem atomisasi logam:
Tabel 9: Memilih Pemasok Alat Penyemprot Logam
| Kriteria | Pertimbangan |
|---|---|
| Keahlian teknis | Pengalaman, tenaga ahli |
| Rangkaian peralatan | Laboratorium, percontohan, sistem skala industri |
| Rekam jejak | Studi kasus yang relevan, daftar klien |
| Kustomisasi | Fleksibilitas untuk kebutuhan spesifik |
| Layanan purna jual | Dukungan instalasi, kontrak pemeliharaan |
| Harga | Mengutip anggaran yang sesuai |
| Keandalan | Membangun kualitas dan kinerja yang telah terbukti |
| Keamanan | Memenuhi semua norma keselamatan industri |
| Sertifikasi | ISO atau sertifikasi kualitas lainnya |
Carilah perusahaan yang sudah mapan dengan keahlian dalam industri semprotan termal atau metalurgi serbuk. Mereka harus menawarkan berbagai macam alat penyemprot mulai dari prototipe laboratorium hingga produksi skala besar.
Meminta referensi klien dan studi kasus yang relevan dengan aplikasi spesifik Anda. Mencari solusi khusus untuk kebutuhan kapasitas dan karakteristik bubuk Anda.
Mengevaluasi dukungan layanan purna jual seperti pengawasan instalasi, pelatihan operator, kontrak pemeliharaan, dll. Pertimbangkan harga, namun utamakan kinerja, keamanan, dan keandalan.
Kesimpulan
Atomisasi logam adalah proses yang efisien untuk memproduksi serbuk logam halus berbentuk bola yang bersih dari berbagai paduan untuk aplikasi tingkat lanjut di bidang kedirgantaraan, otomotif, manufaktur aditif, dan industri lainnya.
Sistem atomisasi gas dan sentrifugal terdiri dari sub-unit peleburan logam, pembentukan tetesan, dan pengumpulan bubuk. Desain yang cermat diperlukan untuk mendapatkan ukuran partikel dan karakteristik serbuk yang diinginkan.
Vendor terkemuka menawarkan sistem atomisasi standar dan khusus dalam kapasitas industri kecil hingga besar dengan dukungan purna jual yang sesuai. Memilih pemasok yang tepat dan mengikuti praktik operasi yang baik memastikan kelancaran fungsi dan produksi bubuk yang maksimal.
Pertanyaan Umum
T: Berapa kisaran kapasitas tipikal sistem atomisasi logam?
J: Sistem atomisasi logam tersedia dalam kapasitas mulai dari 10 kg/jam untuk skala laboratorium/pilot hingga lebih dari 5.000 kg/jam untuk produksi industri bervolume tinggi. Kapasitas yang lebih besar hingga 10.000 kg/jam juga dimungkinkan.
T: Industri apa yang biasanya menggunakan atomisasi logam?
J: Industri utama yang menggunakan atomisasi logam meliputi industri kedirgantaraan, otomotif, manufaktur aditif, metalurgi serbuk, elektronik, dan kimia. Serbuk halus berbentuk bola digunakan untuk memproduksi komponen penting.
T: Seberapa halus ukuran partikel bubuk dapat dibuat?
J: Dalam atomisasi gas, ukuran serbuk hingga 10 mikron dapat dicapai dengan desain nozel, tekanan gas, dan laju aliran yang optimal. Atomisasi sentrifugal biasanya membuat serbuk yang lebih kasar dengan ukuran lebih dari 20 mikron.
T: Logam apa saja yang dapat dikabutkan?
J: Sebagian besar logam teknik dengan titik leleh di bawah 1800°C dapat dikabutkan. Contoh yang umum adalah paduan nikel, besi, kobalt dan titanium. Beberapa logam reaktif seperti aluminium dan magnesium juga dapat dikabutkan dalam kondisi yang terkendali.
T: Gas apa yang digunakan dalam atomisasi gas?
J: Nitrogen dan argon paling banyak digunakan karena sifatnya yang inert dan ketersediaannya. Dalam beberapa kasus, oksigen atau udara juga digunakan, tetapi dapat mencemari bubuk.
T: Bagaimana biaya pengoperasian sistem atomisasi?
J: Biaya pengoperasian lebih tinggi daripada penggilingan mekanis karena diperlukan pasokan gas bertekanan tinggi secara terus-menerus. Selain itu, energi listrik untuk pemanasan induksi dan pemeliharaan wadah/nozzle juga menambah biaya.
T: Aspek keselamatan apa yang perlu diperhatikan?
J: Lelehan logam bersuhu tinggi, gas lembam di bawah tekanan, serbuk halus yang mudah terbakar memerlukan penanganan yang hati-hati dan sistem keselamatan untuk kebakaran, pencegahan ledakan. Pelatihan operator yang tepat adalah suatu keharusan.
T: Perawatan apa yang diperlukan untuk peralatan?
J: Pemeriksaan dan penggantian nozzle, perbaikan/pelapisan ulang wadah, pemeriksaan kebocoran, pembersihan filter udara adalah tugas pemeliharaan yang umum dilakukan. Pemeliharaan preventif terjadwal meminimalkan kerusakan.
T: Dapatkah paduan logam diatomisasi?
J: Ya, paduan logam dapat dengan mudah diatomisasi dengan menambahkan elemen paduan seperti kromium, aluminium, titanium ke dalam wadah peleburan dalam proporsi yang tepat untuk mendapatkan komposisi yang diinginkan.
T: Dapatkah atomisasi logam dilakukan dalam skala kecil?
J: Ya, alat penyemprot skala lab dengan krusibel leleh berkapasitas 1-5 kg tersedia dari pemasok untuk produksi bubuk batch kecil seperti tujuan R&D. Tetapi biaya operasional per kg lebih tinggi.