ผงโลหะอะตอม เปิดใช้งานวิธีการผลิตเช่นการผลิตสารเติมแต่งและสเปรย์ความร้อนที่ต้องการวัตถุดิบที่มีขนาดอนุภาคที่ปรับแต่งรูปร่างและคุณสมบัติทางโลหะวิทยา คู่มือนี้ทบทวนกระบวนการผลิตข้อกำหนดโลหะที่เหมาะสมการใช้งานการเลือกผู้ขายและทางเลือกอื่น ๆ เกี่ยวกับผงอะตอมเชิงพาณิชย์
ภาพรวมผงโลหะอะตอม
Atomization converts molten metal streams into fine spherical droplet sprays rapidly cooling into powder form. Key attributes versus alternatives like chemical precipitation include:
- Controlled particle size distribution from 10 microns to 300+ microns
- Ability to process reactive alloys in inert gas atmospheres
- Rapid solidification producing finer microstructures
- Lower oxygen and nitrogen impurity levels
- Cost-effectiveness from high powder yields targeting 50%+
- Adaptability preparing most commercial metals and alloys
Understanding available production methods, specifications, applications and economics enables properly leveraging atomization’s benefits and limitations when selecting metal powders.
Methods for Atomizing Metal Powders
Industrial scales require atomization through either gas, water or centrifugal processes:
| วิธี | คำอธิบาย | Metals Used | ขนาดอนุภาค |
|---|---|---|---|
| Gas | Supersonic inert gas jets convert metal stream into powder | Most common. Reactive materials compatible | 10 μm – 150 μm |
| Water | High pressure water disintegrates molten metal exposing it to rapid quench | Primarily copper and iron. Limited reactive materials | 5 μm – 350 μm |
| Centrifugal | โลหะหลอมเหลวเร่งออกไปด้านนอกจากดิสก์หมุน เย็นลงอย่างรวดเร็วเป็นผง | โลหะส่วนใหญ่เข้ากันได้ ความสามารถในการทำปฏิกิริยาลดลง | 45 μm - 1 มม.+ |
ตารางที่ 1. เทคนิคการทำให้เป็นละอองในเชิงพาณิชย์สำหรับการผลิตผงโลหะควบคู่ไปกับลักษณะการส่งออก
แต่ละเทคนิคให้ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์เกี่ยวกับการปรับขนาดอนุภาคผลผลิตผงอัตราการดับและความเข้ากันได้ในจักรวาลโลหะที่กว้างขวาง
โลหะและโลหะผสมที่เข้ากันได้กับการทำให้เป็นละออง
การทำให้เป็นอะตอมจะประมวลผลโลหะและโลหะผสมเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่รวมถึง::
- โลหะผสมไทเทเนียมที่มีอลูมิเนียมและวานาเดียม
- Superalloys เช่น Haynes Alloys ที่ใช้ Nickel และ Cobalt
- โลหะที่มีอุณหภูมิสูงเช่นโมลิบดีนัมทังสเตนและแทนทาลัม
- องค์ประกอบที่มีปฏิกิริยาเช่นโครเมียมและแมงกานีส
- โลหะมีค่ารวมถึงทองคำเงินและแพลตตินัม
- โลหะทนไฟ: Niobium, zirconium และ hafnium
- สเตนเลสสตีลสแตนเลสทั่วไป 316L และ 304L สายพันธุ์
ปฏิกิริยาทางเคมีที่แข็งแกร่งภายใต้สถานะที่หลอมเหลวจะ จำกัด การบังคับใช้สำหรับโลหะธาตุบางชนิดเช่นแมงกานีสบริสุทธิ์หรือโครเมียม แต่การผสมผสานเป็นโลหะผสมช่วยลดการเกิดปฏิกิริยาลงผ่านความเข้ากันได้ของการทำให้เป็นละออง - เป็นข้อได้เปรียบเหนือวิธีการผลิตผงอื่น ๆ
ลักษณะและคุณสมบัติของ ผงโลหะอะตอม
การทำให้เป็นละอองผงโลหะที่มีลักษณะผงที่ปรับแต่งตามความต้องการกระบวนการผลิต:
การกระจายขนาดอนุภาค
- ปรับได้จาก 10 ไมครอนถึงขนาด 1 มม. สามารถรองรับได้เป็นเศษส่วนที่แม่นยำ
รูปร่างอนุภาค
- สัณฐานวิทยาทรงกลมส่วนใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการทำให้เป็นละอองของก๊าซเฉื่อย
ความพรุนภายใน
- การแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการประมวลผลแบบเฉื่อยช่วยลดก๊าซที่ติดอยู่สร้างช่องว่าง
ความบริสุทธิ์ทางเคมี
- 99%+ ทำได้สำหรับวัสดุที่ทำให้เป็นอะตอมก๊าซเฉื่อย การทำให้เป็นอะตอมน้ำน้อยลงเล็กน้อย
พื้นผิวออกไซด์
- การทำให้อะตอมน้ำมีการปนเปื้อนออกซิเจนบนพื้นผิวมากกว่า 5-15 เท่าเมื่อเทียบกับการป้องกันอะตอมเฉื่อย
ขั้นตอนจุลภาค
- ปัดเศษด้วยการดับอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับคู่จับภาพ
ความสามารถในการปรับขนาดอนุภาคและพารามิเตอร์รูปร่างในขณะที่ยังคงรักษาความสะอาดทางเคมีสูงและโครงสร้างจุลภาคที่น่าพอใจนั้นเหมาะสมกับผงโลหะอะตอมเพื่อให้วัตถุดิบในการผลิตสารเติมแต่งซึ่งลักษณะดังกล่าวมีอิทธิพลต่อความสำเร็จของกระบวนการและการปฏิบัติส่วนสุดท้าย
ข้อกำหนดขนาดผงโลหะจากการทำให้เป็นอะตอม
ผงโลหะที่เป็นอะตอมจัดประเภทตามการกระจายขนาดอนุภาค ขนาดตะแกรงทั่วไป ได้แก่ :
| ตาข่าย | ขนาดไมครอน | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|
| +100 | & gt; 150 μm | ส่วนประกอบสเปรย์ความร้อนและการเคลือบ |
| -100 +325 | 105 - 150 μm | สารตั้งต้นกด Isostatic Hot |
| -325/+500 | 32 - 105 μm | Binder Jet/Cold Spray 3D Printing |
| -500 | & lt; 32 μm | การผลิตสารเติมแต่งฟิวชั่นแบบผง |
ตารางที่ 2. Particle size categories for classified atomized metal powders aligned to manufacturing process compatibilities
Most proprietary atomization systems target 50%+ yields of powder collected within manufacturing grade specifications after sieving separation of oversize and undersize fractions recycled back into the process melt stream.
Industry Specifications for Atomized Metal Powders
Various associations maintain compositional, chemical and physical property standards for commercial metal powders including:
| กิจการ | หมายเลขมาตรฐาน | Metals Covered |
|---|---|---|
| ASTM International | F3049 | โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม |
| ASTM International | F3056 | Nickel and Nickel Alloys |
| ASM International | MMPDS-06 | Multiple Metal Materials Properties |
| APMI Int’l | ANSI/APMI B.101 | โลหะผสมทองแดงและทองแดง |
ตารางที่ 3. Trade groups offering specifications applicable towards sieved chemistries and powder metrics useful for quality assurance across atomized materials
Additionally, individual manufacturers provide narrowly scoped specifications covering unique alloys or specialty characteristics like maximum oxygen or nitrogen thresholds critical for reactive alloy processing.
การตรวจสอบขอบเขตการรับรองทำให้มั่นใจได้ว่ามาตรฐานครอบคลุมหน้าต่างองค์ประกอบที่ได้รับคำสั่งอย่างถูกต้องลักษณะผงที่ยอมรับได้เช่นอัตราการไหลของฮอลล์และระดับความบริสุทธิ์ทางเคมีที่ตรงกับความสามารถในการทำให้เป็นละอองและข้อกำหนดกระบวนการผลิตที่ตามมา
Applications and Uses for Atomized Metal Powder
Offering a backbone feedstock for industrial manufacturing, key metal powder applications include:
การผลิตสารเติมแต่ง
- Aerospace components – turbine blades, airfoils
- การปลูกถ่ายทางการแพทย์ – สะโพกหัวเข่าและทันตกรรมเปลี่ยน
- เครื่องมือ – แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่มีน้ำหนักเบาแบบมีน้ำหนักเบา
- เครื่องปฏิกรณ์เคมี – ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างพื้นที่ผิวสูงรองรับ
สเปรย์ความร้อน
- น้ำมัน & แอมป์; การเคลือบป้องกันการกัดกร่อนของก๊าซ – เครื่องมือลงหลุม
- การพิมพ์พื้นผิวม้วนต้านทานการเสียดสี
- พื้นผิวยานยนต์เปลี่ยนโครเมี่ยม
- แม่พิมพ์แก้วสถาปัตยกรรมแรงเสียดทานต่ำ
ผงโลหะวิทยา
- เกียร์เกียร์ยานยนต์และส่วนประกอบเครื่องยนต์
- แม่เหล็กถาวรในมอเตอร์และเซ็นเซอร์
- ส่วนแทรกเครื่องมือเพชรและเครื่องมือตัด
- หน้าสัมผัสไฟฟ้าใช้ประโยชน์จากค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะ
วัตถุดิบรากฐานให้บริการแอปพลิเคชันใด ๆ ที่ต้องการเคมีรวมและพื้นผิวผงที่ผ่านการกลั่นซึ่งสามารถรวมเข้ากับรูปทรงเรขาคณิตที่ใช้งานได้
ผู้ผลิตผงโลหะและผู้ขายอะตอม
ซัพพลายเออร์ชั้นนำระดับโลกที่ให้ความสามารถในการทำให้เป็นละอองสำหรับตลาดการแพทย์การบินและอวกาศและอุตสาหกรรมรวมถึง:
| บริษัท | ที่ตั้ง |
|---|---|
| Sandvik | สวีเดน |
| เทคโนโลยีช่างไม้ | สหรัฐ |
| แพรพ์เซอร์ | สหรัฐ |
| Hoganas | สวีเดน |
| การทำให้เป็นเส้นเลือดใหญ่ | แคนาดา |
| ทำให้ขุ่นมัว | ฝรั่งเศส |
ตารางที่ 4. ผู้ผลิตที่โดดเด่นที่เสนอการผลิตผงโลหะอะตอมจากเทคโนโลยีกระบวนการต่าง ๆ
โบรกเกอร์รองยังแจกจ่ายผง แต่การปฏิบัติที่ดีที่สุดจัดหาโดยตรงจากโรงงานที่ให้การตรวจสอบย้อนกลับล็อตและกำจัดความเสี่ยงด้านคุณภาพตัวกลางที่ปนเปื้อนวัสดุระหว่างผู้ผลิตรายใหญ่และผู้ผลิตส่วนท้าย
การกำหนดราคาสำหรับ ผงโลหะอะตอม
การกำหนดราคาแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบการกระจายขนาดอนุภาคปริมาณการผลิตและคุณภาพ:
| วัสดุ | ราคาต่อกิโลกรัม |
|---|---|
| TITANIUM TI64 | $ 50 - $ 150 |
| นิกเกิลซูเปอร์ลลอย | $ 50 - $ 250 |
| เหล็กกล้าไร้สนิม | $ 5 - $ 30 |
| เหล็กกล้าเครื่องมือ | $ 2 - $ 15 |
โลหะผสมซอกที่ผลิตในชุดขนาดเล็กต้องการราคาที่สูงขึ้นชดเชยการเปลี่ยนเตาเผา โลหะสินค้าเช่นสแตนเลสประมวลผลซ้ำในปริมาณสูงให้ค่าใช้จ่ายต่ำสุด แต่ผู้ซื้อตรวจสอบมูลค่าสัมพัทธ์ที่ยุติธรรมโดยการเปรียบเทียบประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้งานในส่วนประกอบสุดท้าย
ข้อดีและข้อเสียของผงโลหะอะตอม
Advantages ของผงโลหะอะตอม:
- การกระจายขนาดอนุภาคที่ควบคุมในอัตราการผลิตเชิงพาณิชย์
- สัณฐานวิทยาผงทรงกลมจากกระบวนการก๊าซเฉื่อย
- การแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการประมวลผลแบบเฉื่อยให้ความสะอาดทางเคมี
- ปรับให้เข้ากับความต้องการวัตถุดิบวัตถุดิบแบบพิเศษที่หลากหลาย
ข้อ จำกัด เพื่อพิจารณา:
- ต้นทุนวัตถุดิบ 10-100x เพิ่มขึ้นมากกว่าแบบฟอร์มผลิตภัณฑ์ที่ดัด
- จำกัด ความยืดหยุ่นตามความต้องการตามความต้องการระยะเวลานาน
- ความสนใจไม่จำเป็นต้องมีคุณภาพผงมากเกินไปหรือค่าใช้จ่ายบอลลูน
ผลประโยชน์การถ่วงน้ำหนักอย่างถูกต้องกับข้อ จำกัด ช่วยหลีกเลี่ยงการใช้จ่ายมากเกินไปเพียงแค่ใช้เทคโนโลยี Buzzword ที่ไม่ให้คุณค่ากับลูกค้าที่ประเมินค่าได้
เปรียบเทียบกับวิธีการผลิตผงโลหะอื่น ๆ
การแลกเปลี่ยนระหว่างวิธีการผลิตผงโลหะทั่วไป:
| วิธี | ความยืดหยุ่น | ค่าใช้จ่าย | ความบริสุทธิ์ | การควบคุมอนุภาค | ข้อ จำกัด ของโลหะ |
|---|---|---|---|---|---|
| การทำให้เป็นละออง | สูงมาก | $$$$ | สูง | ยอดเยี่ยม | โลหะธาตุบางชนิด |
| HDH | ต่ำ | $ | ปานกลาง | ยากจน | ไพโรฟอเรส |
| อิเล็กโทรไลซิส | สูง | $$ | ปานกลางถึงสูง | ปานกลาง | |
| การตกตะกอนเคมี | สูง | $ | ปานกลาง | ยากจน |
ตารางที่ 5. การเปรียบเทียบเชิงคุณภาพระหว่างวิธีการผลิตผงโลหะในเชิงพาณิชย์ในเชิงพาณิชย์
ในขณะที่ผลิตปริมาณที่สำคัญด้วยลักษณะผงที่ดีที่สุดการทำให้เป็นละอองจะสั่งเบี้ยประกันราคาที่สามารถ จำกัด การยอมรับในอุตสาหกรรมที่มีความอ่อนไหวด้านต้นทุนเช่นรถยนต์
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: จุดประสงค์หลักของการทำให้เป็นละอองสำหรับผงโลหะคืออะไร?
ตอบ: การควบคุมขนาดอนุภาคและพารามิเตอร์รูปร่างอย่างแม่นยำมิฉะนั้นจะสุ่มในเทคนิคอื่น ๆ เพื่อให้เหมาะกับข้อกำหนดที่เข้มงวดของกระบวนการผลิตสารเติมแต่ง
ถาม: ผงโลหะรีไซเคิลยังคงรักษาคุณสมบัติดั้งเดิมหรือไม่?
ตอบ: ใช่ปัจจัยต่าง ๆ เช่นการรับออกซิเจนและเฟสโครงสร้างจุลภาคส่วนใหญ่ไม่เปลี่ยนแปลงทำให้นำกลับมาใช้ใหม่เพื่อเสริมผงการผลิตบริสุทธิ์
ถาม: การทำให้เป็นละอองก๊าซสามารถบรรลุขนาดผงย่อย 10 ไมครอนได้หรือไม่?
ตอบ: การแจกแจงที่ดีมากต่ำกว่า 5 ไมครอนที่เป็นไปได้ แต่ที่ให้ผลผลิตต่ำมากไม่ประหยัดสำหรับการใช้งานการผลิตเชิงพาณิชย์ในเชิงพาณิชย์เนื่องจากพื้นที่ผิวขับเคลื่อนปฏิกิริยา
ถาม: อุตสาหกรรมใดที่ใช้ชิ้นส่วนโลหะอะตอม?
ตอบ: การบินและอวกาศการแพทย์ยานยนต์และน้ำมัน/ก๊าซทั้งหมดใช้ประโยชน์จากโลหะผสมและโครงสร้างจุลภาคที่ผลิตจากกระบวนการที่เป็นเอกลักษณ์