气体雾化金属粉末

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气体雾化金属粉末 是指一种生产精细球形金属粉末的材料加工方法,可用于金属注射成型(MIM)、快速成型制造、压制和烧结、热喷涂涂层、粉末冶金等应用。

在气体雾化过程中,使用高压惰性气体喷射将熔融金属合金分解成液滴。液滴迅速凝固成粉末,形成高度球形的形态,非常适合粉末固结工艺。

本指南涵盖气体雾化金属粉末的成分、特性、应用、规格、生产方法、供应商、利弊和常见问题。

气体雾化金属粉末

气体雾化金属粉末的成分

具有定制化学成分的各种金属和合金被雾化成粉末:

材料组成概述普通合金
不锈钢铁-铬 + 镍/锰/钼304, 316, 410, 420
工具钢Fe-Cr-C + W/V/Mo 合金H13、M2、P20
铝合金铝 + 铜/镁/锰/硅2024, 6061, 7075
钛合金Ti + Al/V 合金钛-6Al-4V
镍合金镍+铬/铁/钼合金铬镍铁合金 625、718
铜合金铜+锡/锌/合金黄铜、青铜

这些金属粉末具有特定的机械、热、电和其他物理特性,可满足制造需求。

特点 气体雾化金属粉末

除化学性质外,粒度、形状、密度和微观结构等特性也决定了产品的性能:

属性说明考虑因素
粒径分布直径范围/分布影响最小特征分辨率和包装效率
颗粒形态粉末形状/表面结构圆润光滑的颗粒可提供最佳的流动性和操控性
表观密度单位体积重量,包括颗粒间空隙影响紧凑性和聚类
水龙头密度机械敲击后的沉降密度与粉床压实的难易程度有关
表面化学表面氧化物、残留气体或湿气影响粉末稳定性和稠度
微观结构粒度/相分布确定固结后的硬度、延展性等特性

这些相互关联的方面因需求而平衡。

气体雾化金属粉末的应用

稳定的材料输入和净成形能力可支持各种应用:

行业用途组件示例
快速成型制造3D 打印原料航空机翼、医疗植入物
金属注射成型复杂的小金属部件喷嘴、齿轮、紧固件
压制和烧结P/M 组件生产汽车结构件、军用/枪械部件
热喷涂表面涂层抗磨损、抗腐蚀覆盖层
粉末冶金油石轴承、自润滑衬套具有多孔结构的磨损部件

气体雾化技术为定制微观结构和化学成分提供了独特的途径,以满足最终性能需求。

规格

根据具体应用,常见的标称范围包括

参数典型范围测试方法
粒径分布10 - 250 μm激光衍射、筛分
粒子形状>85% 球形显微镜
表观密度2 - 5 克/立方厘米霍尔流量计
水龙头密度3 - 8 克/立方厘米攻丝容积计
残留气体< 1000 ppm惰性气体分析
表面氧化物含量< 1000 ppm惰性气体分析

更紧密的分布曲线可确保后续工序的可靠性能。

气体雾化生产概述

  1. 为感应炉装入金属锭、废料等原材料
  2. 熔体材料、样品化学成分和温度
  3. 迫使熔融金属流进入紧密耦合的气体雾化器喷嘴
  4. 塑造光滑的液态金属流
  5. 高速惰性气体射流(N2、Ar)将气流分解成液滴
  6. 金属液滴迅速凝固成粉末 ~100-800 μm
  7. 通过旋风分离器对粗馏分进行热分级
  8. 在收集系统和收集箱中收集细粉
  9. 根据需要进行筛分
  10. 用惰性回填土包装/储存材料

精确控制这一过程的各个方面是保持一致性的关键。

气体雾化金属粉末 供应商

许多全球领先的材料生产商都提供气体雾化制造服务:

供应商材料说明
山特维克工具钢、不锈钢、超级合金多种气体雾化合金
木匠技术工具钢、不锈钢、特种合金可定制合金
赫加纳斯工具钢、不锈钢雾化领域的全球领导者
普莱克斯钛合金、超级合金可靠的精密材料供应商
鱼鹰金属公司不锈钢、超级合金重点关注活性和特殊合金

批量定价取决于市场条件、交货时间、特殊材料费和其他商业因素。

考虑气体雾化金属粉末时的取舍

优点

  • 一致的球形形态
  • 粒度分布窄
  • 已知和统一的输入化学成分
  • 可控、清洁的材料微观结构
  • AM 沉积的理想流动特性
  • 允许薄壁/错综复杂的几何形状

缺点

  • 需要大量的前期资本基础设施
  • 有限的合金供应与水雾化
  • 特殊处理,防止污染
  • 按产量计算,成本高于其他方法
  • 产量低于其他工艺
  • 处理超细颗粒的能力有限

对于关键应用,气体雾化粉末在一致性和性能方面具有独特的优势。

气体雾化金属粉末

常见问题

气体雾化和水雾化的主要区别是什么?

气体雾化纯粹依靠惰性气体喷射将熔融金属分解成粉末,而水雾化则利用水雾与气体喷射相互作用,冷却速度更快,但粉末更不规则。

可实现的最窄粒度分布是多少?

专业化的喷嘴、调谐和分级装置可将气体雾化的粒度分布降至 D10: 20 μm、D50: 30 μm、D90: 44 μm。更小的粒度范围仍在继续开发中。

气体雾化喷嘴可以做多小?

喷嘴孔径小至 0.5 毫米的喷嘴已经开发出来,每小时可生产小于 1 公斤的批量产品。尽管 20 μm 以下的自由落体式粉末分级仍然具有挑战性。

是什么影响了不同批次粉末之间的一致性?

对成分、清洁度、温度曲线、气体压力、雾化条件和粉末处理/储存的控制都有助于提高再现性。严格的过程控制至关重要。

相对于初始质量,典型的粉末产量是多少?

对于常见的合金和尺寸范围,成品率通常在 50-85% 之间,具体取决于所需的分布宽度和可接受的馏分含量。分布越细,成品率越低。

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