Bột kim loại nguyên tử Cho phép các phương pháp sản xuất như sản xuất phụ gia và phun nhiệt cần nguyên liệu với kích thước hạt, hình dạng và tính chất luyện kim được thiết kế riêng. Hướng dẫn này xem xét các quy trình sản xuất, thông số kỹ thuật, kim loại phù hợp, sử dụng, lựa chọn nhà cung cấp và các lựa chọn thay thế xung quanh bột nguyên tử thương mại.
Tổng quan về bột kim loại nguyên tử
Nguyên tử hóa chuyển đổi các dòng kim loại nóng chảy thành thuốc xịt nhỏ giọt hình cầu mịn nhanh chóng làm mát thành dạng bột. Các thuộc tính chính so với các lựa chọn thay thế như kết tủa hóa học bao gồm:
- Phân phối kích thước hạt được kiểm soát từ 10 micron đến 300 micron hơn
- Khả năng xử lý hợp kim phản ứng trong khí quyển gas trơ
- Hóa rắn nhanh chóng sản xuất các cấu trúc vi mô mịn hơn
- Mức độ tạp chất oxy và nitơ thấp hơn
- Hiệu quả chi phí từ năng suất bột cao nhắm mục tiêu 50%+
- Khả năng thích ứng chuẩn bị hầu hết các kim loại và hợp kim thương mại
Hiểu các phương pháp sản xuất có sẵn, thông số kỹ thuật, ứng dụng và kinh tế cho phép tận dụng đúng lợi ích và hạn chế của nguyên tử hóa khi chọn bột kim loại.
Phương pháp để nguyên tử hóa bột kim loại
Quy mô công nghiệp yêu cầu nguyên tử hóa thông qua các quá trình khí, nước hoặc ly tâm:
| Phương pháp | Sự miêu tả | Kim loại được sử dụng | Kích thước hạt |
|---|---|---|---|
| Khí ga | Máy bay phản lực khí trơ siêu thanh chuyển đổi luồng kim loại thành bột | Chung nhất. Vật liệu phản ứng tương thích | 10 μm – 150 μm |
| Nước | Nước áp suất cao làm tan rã kim loại nóng chảy để lộ nó thành quá trình làm nguội nhanh chóng | Chủ yếu là đồng và sắt. Vật liệu phản ứng hạn chế | 5 μm – 350 μm |
| Ly tâm | Kim loại nóng chảy tăng tốc ra ngoài từ một đĩa quay. Nhanh chóng làm mát thành bột. | Hầu hết các kim loại tương thích. Khả năng phản ứng thấp hơn | 45 μm - 1 mm+ |
Bảng 1. Kỹ thuật nguyên tử hóa thương mại để sản xuất bột kim loại bên cạnh các đặc điểm đầu ra
Mỗi kỹ thuật cung cấp những lợi thế độc đáo xung quanh kích thước hạt, năng suất bột, tốc độ làm nguội và khả năng tương thích trên vũ trụ kim loại mở rộng.
Kim loại và hợp kim tương thích với nguyên tử hóa
Các quá trình nguyên tử hóa hầu hết các kim loại thương mại và hợp kim bao gồm:
- Hợp kim titan chứa nhôm và vanadi
- Các siêu hợp đồng như hợp kim Haynes dựa trên Niken và Cobalt dựa trên Niken
- Kim loại nhiệt độ cao như molybdenum, vonfram và tantalum
- Các yếu tố phản ứng như crom và mangan
- Kim loại quý bao gồm vàng, bạc và bạch kim
- Kim loại chịu lửa: Niobi, Zirconium và Hafnium
- Thép không gỉ austenitic phổ biến 316L và 304L
Phản ứng hóa học mạnh dưới các trạng thái nóng chảy không hạn chế khả năng ứng dụng đối với một số kim loại nguyên tố như mangan nguyên chất hoặc crom. Nhưng pha trộn vào các hợp kim giảm thiểu các nhược điểm phản ứng thông qua khả năng tương thích nguyên tử hóa - một lợi thế so với các phương pháp sản xuất bột khác.
Đặc điểm và tính chất của Bột kim loại nguyên tử
Đầu ra nguyên tử hóa bột kim loại với đặc tính bột phù hợp đáp ứng nhu cầu sản xuất:
Phân phối kích thước hạt
- Có thể điều chỉnh từ 10 micron đến kích thước 1 mm, có thể hiểu được thành các phân số chính xác
Hình dạng hạt
- Các hình thái chủ yếu là hình cầu đặc biệt là với nguyên tử hóa khí trơ
Độ xốp bên trong
- Quá trình hóa rắn và quá trình trơ nhanh chóng giảm thiểu các khí bị mắc kẹt tạo ra các khoảng trống
Độ tinh khiết hóa học
- 99%+ có thể đạt được đối với vật liệu nguyên tử khí trơ. Nguyên tử hóa nước ít hơn một chút.
Oxit bề mặt
- Nguyên tử hóa nước xâm nhập vào 5-15 lần ô nhiễm oxy bề mặt so với các biện pháp bảo vệ nguyên tử trơ
Các giai đoạn vi cấu trúc
- Làm tròn bằng cách làm nguội nhanh so với các đối tác thỏi đúc
Khả năng tối ưu hóa kích thước hạt và các thông số hình dạng trong khi vẫn giữ được độ sạch hóa học cao và các cấu trúc vi mô thuận lợi phù hợp với bột kim loại nguyên tử hóa cho các nguyên liệu sản xuất phụ gia trong đó các đặc điểm như vậy ảnh hưởng đến thành công quá trình và hiệu suất phần cuối cùng được thực hiện.
Thông số kỹ thuật kích thước bột kim loại từ nguyên tử hóa
Các lô bột kim loại nguyên tử phân loại dựa trên phân phối kích thước hạt. Kích thước rây phổ biến bao gồm:
| Lưới thép | Kích thước micron | Cách sử dụng điển hình |
|---|---|---|
| +100 | & gt; 150 μm | Các thành phần và lớp phủ bình xịt nhiệt |
| -100 +325 | 105 - 150 μm | Tiền chất ép nóng isostatic |
| -325/+500 | 32 - 105 μm | Binder Jet/Cold Spray 3D In ấn 3D |
| -500 | & lt; 32 μm | Sản xuất phụ gia Fusion Bed Bed Fusion |
ban 2. Các loại kích thước hạt để phân loại bột kim loại được phân loại phù hợp với khả năng tương thích quy trình sản xuất
Hầu hết các hệ thống nguyên tử hóa độc quyền nhắm mục tiêu 50%+ sản lượng bột được thu thập trong các thông số kỹ thuật của lớp sản xuất sau khi sàng phân tách quá khổ và các phân số quá mức được tái chế trở lại vào luồng tan chảy quá trình.
Industry Specifications for Atomized Metal Powders
Various associations maintain compositional, chemical and physical property standards for commercial metal powders including:
| Thực thể | Số tiêu chuẩn | Metals Covered |
|---|---|---|
| ASTM quốc tế | F3049 | Hợp kim Titan và Titan |
| ASTM quốc tế | F3056 | Nickel and Nickel Alloys |
| ASM International | MMPDS-06 | Multiple Metal Materials Properties |
| APMI Int’l | ANSI/APMI B.101 | Copper and Copper Alloys |
bàn số 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.
Xem xét phạm vi chứng nhận đảm bảo các tiêu chuẩn bao gồm các cửa sổ thành phần bắt buộc của người mua, các đặc tính bột chấp nhận được như tốc độ dòng chảy và mức độ tinh khiết hóa học phù hợp với cả khả năng nguyên tử hóa và các yêu cầu quy trình sản xuất tiếp theo.
Applications and Uses for Atomized Metal Powder
Offering a backbone feedstock for industrial manufacturing, key metal powder applications include:
sản xuất phụ gia
- Aerospace components – turbine blades, airfoils
- Medical implants – hip, knee and dental replacements
- Tooling – Lightweight conformally-cooled plastic injection molds
- Lò phản ứng hóa học – Chất xúc tác có cấu trúc diện tích bề mặt cao hỗ trợ
Xịt nhiệt
- Dầu & amp; Lớp phủ chống ăn mòn gas – Công cụ hạ cấp
- In bề mặt cuộn chống mài mòn
- Bề mặt ô tô thay thế Chrome
- Phát hành cao Khuôn kính kiến trúc ma sát thấp
Luyện kim bột
- Bánh răng truyền động ô tô và các thành phần động cơ
- Nam châm vĩnh cửu trong động cơ và cảm biến
- Chèn công cụ kim cương và dụng cụ cắt
- Tiếp xúc điện tận dụng độ dẫn cụ thể
Các nguyên liệu nền tảng phục vụ bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi hóa học kết hợp và kết cấu bột tinh chế có khả năng hợp nhất thành hình học sử dụng cuối.
Các nhà sản xuất và nhà cung cấp bột kim loại nguyên tử
Các nhà cung cấp hàng đầu toàn cầu cung cấp khả năng nguyên tử hóa cho thị trường y tế, hàng không vũ trụ và công nghiệp bao gồm:
| Công ty | Vị trí |
|---|---|
| Sandvik | Thụy Điển |
| Công nghệ thợ mộc | Hoa Kỳ |
| HOÀN TOÀN | Hoa Kỳ |
| Höganäs | Thụy Điển |
| Pyrogenesis | Canada |
| Erasteel | Pháp |
Bảng 4. Các nhà sản xuất đáng chú ý cung cấp sản xuất bột kim loại nguyên tử từ các công nghệ quy trình khác nhau
Các nhà môi giới thứ cấp cũng phân phối bột nhưng thực hành tốt nhất mua trực tiếp từ các nhà máy cung cấp khả năng truy xuất nguồn gốc và loại bỏ các rủi ro chất lượng trung gian gây ô nhiễm vật liệu giữa các nhà sản xuất chính và các nhà sản xuất phần cuối.
Giá cho Bột kim loại nguyên tử
Giá cả thay đổi dựa trên thành phần, phân phối kích thước hạt, khối lượng sản xuất và chất lượng:
| Vật liệu | Giá mỗi kg |
|---|---|
| Titanium Ti64 | $ 50 - $ 150 |
| Superalloys niken | $ 50 - $ 250 |
| Thép không rỉ | $ 5 - $ 30 |
| Thép công cụ | $ 2 - $ 15 |
Hợp kim thích hợp được làm theo các lô nhỏ đòi hỏi giá cao hơn bù đắp các thay đổi lò. Kim loại hàng hóa như thép không gỉ được xử lý lại ở khối lượng cao cung cấp chi phí thấp nhất. Nhưng người mua xác nhận giá trị tương đối công bằng bằng cách so sánh hiệu suất tăng so với việc sử dụng trong các thành phần cuối cùng.
Ưu và nhược điểm của bột kim loại nguyên tử
Thuận lợi của bột kim loại nguyên tử:
- Phân phối kích thước hạt được kiểm soát ở tỷ lệ sản xuất thương mại
- Hình thái bột hình cầu từ các quá trình khí trơ
- Quá trình hóa rắn và xử lý trơ nhanh chóng cung cấp độ sạch hóa học
- Thích nghi với mảng rộng các nhu cầu nguyên liệu hợp kim đặc biệt
Giới hạn cân nhắc:
- 10-100x Tăng chi phí nguyên liệu so với các hình thức sản phẩm rèn
- Giới hạn tính linh hoạt theo yêu cầu với nhu cầu thời gian dài
- Sự chú ý không cần thiết không phải là chất lượng bột quá mức hoặc chi phí bóng
Lợi ích trọng số đúng đối với các hạn chế giúp tránh bội chi chỉ để sử dụng các công nghệ Buzzword mang lại giá trị khách hàng đáng kể.
So sánh với các phương pháp sản xuất bột kim loại khác
Sự đánh đổi giữa các phương pháp sản xuất bột kim loại thông thường:
| Phương pháp | Khả năng mở rộng | Trị giá | Sự thuần khiết | Kiểm soát hạt | Giới hạn kim loại |
|---|---|---|---|---|---|
| Nguyên tử hóa | Rất cao | $$$$ | Cao | Xuất sắc | Một số kim loại nguyên tố |
| HDH | Thấp | $ | Trung bình | Nghèo | Pyrophorics |
| Điện phân | Cao | $$ | Trung bình đến cao | Vừa phải | |
| Kết tủa hóa học | Cao | $ | Trung bình | Nghèo |
Table 5. So sánh định tính trên các phương pháp sản xuất bột kim loại quy mô thương mại
Mặc dù sản xuất khối lượng đáng kể với các đặc tính bột được tối ưu hóa, Atomization không có giá phí bảo hiểm có thể hạn chế việc áp dụng trong các ngành công nghiệp nhạy cảm với chi phí như ô tô.
Các câu hỏi thường gặp
Q: Mục đích chính của nguyên tử hóa cho bột kim loại là gì?
Trả lời: Kiểm soát chính xác các tham số kích thước hạt và hình dạng nếu không ngẫu nhiên trên các kỹ thuật khác để phù hợp với các yêu cầu nghiêm ngặt của các quy trình sản xuất phụ gia.
Q: Bột kim loại tái chế có giữ lại các thuộc tính ban đầu không?
Trả lời: Có, các yếu tố như đón oxy và pha vi cấu trúc phần lớn không thay đổi cho phép tái sử dụng để bổ sung bột sản xuất trinh nữ.
Q: Nguyên tử hóa khí có thể đạt được kích thước bột Micron 10 Micron không?
Trả lời: Phân phối cực kỳ tốt xuống dưới 5 micron có thể nhưng với năng suất rất thấp không kinh tế đối với việc sử dụng sản xuất phụ gia thương mại khi diện tích bề mặt điều khiển phản ứng.
Q: Những ngành công nghiệp nào sử dụng các bộ phận kim loại nguyên tử?
Trả lời: Hàng không vũ trụ, y tế, ô tô, và dầu/khí tất cả các hợp kim và cấu trúc vi mô phù hợp được sản xuất từ tính độc đáo của quá trình nguyên tử hóa.