概述
雾化金属 是指通过雾化工艺生产的金属粉末，该工艺将熔融金属转化为细小的液滴，然后凝固成粉末颗粒。雾化工艺可以生产出具有精确粒度、形状和化学成分的金属粉末。
雾化金属粉末可广泛应用于制造、3D 打印、金属注射成型、钎焊、焊接、热喷涂等领域。本文详细介绍了雾化金属设备，包括类型、特点、应用、规格、供应商、安装、操作、维护等。
雾化金属设备类型
| 设备 | 说明 |
|---|---|
| 气体雾化器 | 使用高速惰性气体（N2、Ar）将熔融金属流分解成细小液滴 |
| 水雾化器 | 使用高压水射流将熔融金属雾化成粉末 |
| 旋转电极雾化器 | 利用旋转金属丝或圆盘产生的离心力将熔融金属分解成液滴 |
| 超声波雾化器 | 利用超声波振动产生毛细管波，分解熔融金属流 |
| 离心雾化器 | 浇注在旋转圆盘上的熔融金属在离心力作用下破碎成液滴向外甩出 |
雾化金属粉末的特性
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 微米至毫米；由雾化工艺参数控制 |
| 粒子形状 | 球形、不规则形或卫星形；取决于方法和条件 |
| 尺寸分布 | 可利用某些雾化技术使其变得非常窄 |
| 纯净 | 使用精炼熔融金属原料可实现高纯度 |
| 密度 | 可接近金属的理论密度 |
| 流动性 | 受颗粒大小、形状和分布的影响；对处理很重要 |
| 烧结活动 | 表面积大的细粉在压制过程中迅速烧结成固体金属 |
雾化金属粉末的应用
| 应用 | 详细信息 |
|---|---|
| 金属粉末床融合 | 用于激光/电子束粉末床三维打印的雾化细粉 |
| 粘结剂喷射 | 用于粘合剂喷射 3D 打印的不锈钢、工具钢和铝粉 |
| 金属注射成型 | 不锈钢、钛、铝粉与粘合剂混合后成型 |
| 热喷涂涂层 | 喷涂在表面的铁、镍、钴、铜和合金粉末，用于磨损/腐蚀保护 |
| 钎焊膏 | 用于连接金属的浆料配方中的银、铜、镍合金粉末 |
| 摩擦材料 | 铜、铁粉可改善制动器衬片和离合器面片的摩擦和磨损性能 |
| 焊接 | 在电弧焊接过程中添加雾化钛和铝粉，以改善焊接性能 |
| 粉末冶金 | 将雾化的铁、钢、铜粉末压制和烧结成净形部件 |
| 磁性 | 绝缘铁、铁氧体粉末压制成磁铁和电感器 |
| 金属催化剂 | 用于化学工业的各种合金粉催化剂 |
雾化金属设备的规格
| 参数 | 典型范围 |
|---|---|
| 生产能力 | 10-100 公斤/小时 |
| 燃气消耗量 | 10-100 Nm3/hr 氩气或氮气 |
| 冷却水的使用 | 100-1000 升/分钟 |
| 耗电量 | 50-500 千瓦 |
| 占地面积 | 100-500 平方英尺 |
| 控制系统 | PLC、SCADA、数据监控 |
| 安全系统 | 气体探测器、灭火装置、安全个人防护设备 |
| 熔融金属处理 | 下水道、水槽、浇注系统 |
| 粉末收集 | 旋风分离器、袋式过滤器、螺旋输送机 |
供应商和定价
| 供应商 | 设备 | 价格范围 |
|---|---|---|
| 加斯巴雷 | 气体雾化器 | $50 万 - $2 百万 |
| 伊德拉 | 水雾化器 | $1 - 500 万 |
| 凯塞尼奇 | 旋转电极 | $25 万 - $100 万 |
| 索迪克 | 超声波喷嘴 | $100,000 – $500,000 |
| AcuPowder | 离心轮 | $50,000 – $250,000 |
雾化金属设备的价格差异很大，取决于产能、自动化功能、辅助系统、品牌声誉和其他因素。一台工业规模的生产设备至少需要 1TP425 万至 1TP4100 万的预算。
安装和设施
- 雾化金属设备应安装在通风良好、温度和湿度可控的生产空间内。
- 为设备安装和维护提供足够的桥式起重机、升降机和索具。
- 确保有足够的电源、公用设施和压缩空气连接。
- 配备合格人员进行设备组装、校准、测试和调试。
- 设计适当的地基、锚固螺栓和设备平台，以确保安全安装。
- 包括用于收集雾化金属粉末的集尘管道、旋风分离器和袋式除尘器。
- 安装气体监测传感器、灭火系统等安全设施。
- 为材料处理、工作流程和维护通道留出足够的自由空间。
运行和维护
| 活动 | 详细信息 | 频率 |
|---|---|---|
| 设备检查 | 检查油位、泄漏、异常噪音/振动、安全装置 | 每日 |
| 参数监测 | 记录温度、压力、流量、功率等过程数据 | 连续 |
| 消耗品补充 | 加注冷却水、惰性气体钢瓶和润滑剂 | 根据需要 |
| 家政服务 | 清理溢出物、清空集尘器、一般清洁 | 每日 |
| 部件更换 | 更换磨损的喷嘴、轴承、密封件和过滤器 | 按时间表 |
| 校准 | 校准传感器、测量设备和控制系统 | 季刊 |
| 主要维修 | 检查主要部件；必要时修理/更换 | 每年 |
按照制造商的指导原则进行适当的操作和预防性维护，是最大限度地延长设备寿命和提高设备性能的关键。保存所有维护工作的详细日志。
选择雾化金属设备供应商
| 考虑因素 | 详细信息 |
|---|---|
| 技术专长 | 在雾化技术和金属粉末生产方面拥有长期经验 |
| 定制 | 能够定制设备以满足特定的生产需求 |
| 可靠性 | 设备坚固可靠，故障率低，有良好的运行记录 |
| 自动化 | 先进的控制系统和数据监测，可优化粉末特性 |
| 售后服务 | 安装支持、操作员培训、维护服务合同 |
| 参考资料 | 现有客户对设备质量和供应商声誉的积极反馈 |
| 价值 | 兼顾质量、性能和公平定价 |
| 当地存在 | 地理位置近，便于面对面会谈和快速反应 |
在投资雾化金属设备之前，要根据上述参数对供应商进行全面评估。在选择时要权衡质量、可靠性、服务和最低成本等因素。
雾化金属工艺的利与弊
气体雾化
优点
- 可生产高度球形、光滑的粉末，是 AM、MIM 等的理想之选。
- 可实现窄粒度分布
- 连续运行，生产率高
- 与水雾化相比，资本成本更低
缺点
- 仅限于较小的颗粒尺寸，通常低于 100 微米
- 需要大量昂贵的惰性气体
- 工作区粉尘含量可能很高
水雾化
优点
- 可生产包括大直径在内的各种尺寸的粉末
- 气体消耗量低于气体雾化
- 与气体雾化相比，粉末密度更大
缺点
- 球形颗粒更少，卫星更多
- 雾化水需要进行水处理
- 与水接触可能产生氧化物夹杂
离心雾化
优点
- 机制简单，实用程序最少
- 设计紧凑，资本成本更低
- 半连续运行，生产率高
缺点
- 对粒度分布的控制有限
- 不规则、非球形颗粒形状
- 磁盘长期磨损造成的污染风险
雾化金属加工工艺的局限性
- 生产成本高，特别是对于极细的金属粉末
- 基于技术的粒子形状和尺寸范围限制
- 需要条件受控的专用设备
- 纯粉末所需的高纯度原料金属
- 某些方法中的批量操作降低了生产率
- 通常需要筛分等后处理来控制颗粒大小
- 需要高技能人员操作设备
常见问题
按粒度对雾化金属粉末进行分类的方法有哪些？
常见的雾化金属粉末分类方法包括
- 筛分 - 筛孔尺寸逐渐减小的筛子堆将粉末分离成不同大小的部分
- 空气分级 - 离心分离器或旋风分离器将细小颗粒与较粗颗粒分级
- Elutriation - 气流/水的逆流流化使细粒在重力作用下溢出
- 沉降 - 颗粒在液体中向下沉降，速度取决于大小/密度
处理雾化金属粉末时需要采取哪些安全预防措施？
处理雾化粉末时的主要安全预防措施：
- 使用个人防护设备--手套、护目镜、过滤面罩，防止皮肤/眼睛接触和吸入
- 惰性气体吹扫，防止粉末氧化和粉尘爆炸
- 粉末处理设备适当接地，以消除静电荷
- 避免粉末加工区的所有火源
- 安装集尘设备，捕捉空气中的粉末
- 进行空气监测，检查可燃粉尘水平
如何处理和运输雾化金属粉末？
典型的粉末处理步骤：
- 收集在旋风分离器或袋式除尘器下方的滚筒中
- 在密封容器中运输，防止接触氧气
- 通过管道以氮气或氩气进行气动输送
- 用真空吸力将粉末输送到储存容器中
- 手动舀水/铲水，适用于小批量生产
- 用于大批量生产的自动化机械输送机
粉末在使用前都要密封保存，以防污染。
在雾化金属粉末生产过程中，采取了哪些措施来防止污染？
- 使用高纯度原材料和原料
- 使用氩气/氮气维持惰性气氛
- 通过密封防止氧气和湿气进入
- 避免粉末与杂质金属接触
- 经常清洗接触粉末的设备
- 使用溶剂清除油脂残留物
- 筛分/分类，分离不规则颗粒
- 通过分析确定并消除杂质来源
雾化法生产的不锈钢粉末最常见的用途是什么？
雾化不锈钢粉末的典型应用：
- 快速成型制造 - 选择性激光熔化、粘合剂喷射
- 小型复杂部件的金属注射成型
- 用于连接的钎焊膏和焊料填充物
- 粉末冶金压制多孔过滤器
- 自润滑轴承制造
- 生产用于纺织品的不锈钢纤维
- 电化学加工/放电加工电极
- 生产不锈钢粉末涂料和涂层
如何选择用于气体雾化的惰性气体供应系统？
惰性气体供应的考虑因素：
- 对于钛等活性金属，氩气比氮气更受欢迎
- 带备用气瓶的大容量储气罐
- 纯度为 99.99%+，可防止污染
- 用于气体控制的压力调节器和流量计
- 使用气体回收系统，尽量减少浪费
- 加热气体管道，防止湿气冻结
- 自动切换和监测气体参数
- 适当的警报和联锁以确保气体安全
优化雾化金属粉末特性
通过控制工艺参数和雾化条件，可以优化雾化金属粉末的性能：
粒径分布
| 方法 | 效果 |
|---|---|
| 提高熔融金属流速 | 平均粒径较大 |
| 使用较高的雾化器旋转速度 | 粉末细度增加 |
| 降低熔融金属浇注温度 | 更紧密的粒度分布 |
| 通过筛分/空气分离对粉末进行分级 | 去除过大和过小的馏分 |
粒子形状
| 方法 | 效果 |
|---|---|
| 使用气体或水雾化 | 更多球形颗粒 |
| 降低金属浇注率 | 更多球形颗粒 |
| 提高熔体过热温度 | 减少卫星和不规则形状 |
| 雾化后的粉末退火 | 改善球形形态 |
粉末纯度
| 方法 | 效果 |
|---|---|
| 使用高纯度金属原料 | 减少金属杂质 |
| 增加除渣阶段 | 去除非金属夹杂物 |
| 提高惰性气体纯度 | 减少气体杂质 |
| 使用镀镍收集容器 | 降低拾铁率 |
| 筛粉去除卫星 | 提高粉末纯度 |
粉末密度
| 方法 | 效果 |
|---|---|
| 优化雾化参数 | 均匀致密的粉末 |
| 雾化后粉末退火 | 清除内部空隙和毛孔 |
| 雾化后压缩粉末 | 加工硬化和固化粉末 |
| 热机械加工 | 改善粉末微观结构 |
通过优化雾化过程和粉末处理步骤，可以定制雾化金属粉末的特性，以满足应用要求。
雾化金属粉末生产的新趋势
雾化粉末生产技术的一些主要新兴趋势包括
- 增材制造推动了对 30 微米以下球形超细粉末的需求。新型喷嘴和雾化方法使这种粉末成为可能。
- 利用工业 4.0 概念实现粉末生产自动化，从而实现远程监测、控制和数据驱动型制造。
- 混合雾化技术结合了气体雾化、水雾化和离心雾化技术，可实现更好的颗粒控制。
- 微波辅助加热熔融金属，使雾化前的加热更快、更均匀。
- 对液滴形成动力学进行模拟和建模，从而更好地理解雾化物理学。
- 开发专门用于增材制造应用的新型合金。
- 集成筛分、分级和储存功能的改良型粉末处理系统。
- 连续粉末生产工艺取代批量方法，提高产量。
- 利用人工智能和机器学习算法自动优化雾化过程的先进控制系统。
- 针对钛和铝合金等活性金属进行优化的专用气体雾化喷嘴。
- 利用热处理回收和再利用 AM 加工过程中产生的废金属粉末。
- 采用红外成像等流程内监控技术，更好地控制粉末质量。
结论
雾化金属粉末可用于汽车、航空航天、医疗、3D 打印和其他关键行业的关键应用。随着对高质量粉末的需求不断增加，金属雾化技术通过在工艺强化、自动化、合金开发和先进表征技术方面的创新不断发展。通过采用最新技术，粉末生产商能够以灵活、经济高效和可持续的方式生产粉末。