газовое распылительное оборудование позволяет получать тонкие сферические металлические порошки с контролируемым распределением частиц по размерам, что очень важно для металлообработки AM, термического напыления, MIM и других применений порошковой металлургии. В данном руководстве рассматриваются принципы процесса, типы распылителей, компоненты системы, рабочие параметры, производители и сравнительная оценка.
газовое распылительное оборудование Обзор процесса
Газовое распыление использует кинетическую энергию высокоскоростных газовых струй для дезинтеграции потоков расплавленного металла на мелкие капли, быстро застывающие в порошок:
| Принцип | Разбиение металлической струи на мелкие капли при набегании газа |
| Типы газа | Азот, аргон |
| Типы металлов | Сплавы никеля, железа, кобальта |
| Весы | Лабораторные, пилотные, промышленные |
| Атрибуты порошка | Контролируемая PSD, высокая сферичность, однородность химического состава поверхности |
| Размеры частиц | От 3 микрон до 120 микрон |
| Продукция | Порошки сплавов, основные сплавы |
| Промышленность | Металл AM, MIM, покрытия |
Порошки, распыляемые газом, обеспечивают точный контроль свойств, но требуют больших капиталовложений по сравнению с другими методами распыления.
газовое распылительное оборудование Типы
| атомайзер | Подробности |
|---|---|
| Близко расположенные | Интеграция сопла и газа позволяет получать очень тонкие 20-микронные порошки |
| Свободное падение | Поток расплавленного металла падает через газовую камеру для работы без опоры |
| Роторный | Надежная обработка высоколегированных сталей с помощью вращающихся металлических заливочных труб |
Новые разработки
Многосопловое кластерное распыление и центробежные распылители повышают производительность. Ультразвуковое распыление и электродные индукционные газовые распылители упрощают производство свободно падающего порошка.
Компоненты системы
Основные модули комплексных промышленных систем распыления газа включают в себя:
| Компонент | Роль |
|---|---|
| Плавильная печь | Индукционная плавка металлов до состояния перегрева |
| Узел форсунки | Контролирует впрыск потока расплавленного металла в газовую камеру |
| Газовый контроль | Регулирует тип газа, давление и динамику потока |
| Застывание капель | Быстрое охлаждение превращает капли в порошок |
| Система сбора | Просеивание разделяет порошок по размеру частиц |
| Baghouse | Улавливает ультратонкие затвердевшие частицы из выхлопных газов |
| Переработка | Повторное введение неиспользованного газа и частиц избыточного размера |
Точный контроль и тесно интегрированная обратная связь между вышеуказанными модулями являются критически важными для обеспечения стабильности качества порошка.
Параметры процесса
| Параметр | Типовой диапазон | Воздействие |
|---|---|---|
| Температура металла | 30-100°C перегрев | Текучесть, окисление поверхности |
| Размер отверстия форсунки | 2 мм - 6 мм | Размер капель, динамика потока |
| Тип газа | N2, Ar | Скорость охлаждения, химия поверхности |
| Давление газа | 5-15 барг | Распределение частиц по размерам |
| Расход газа | 0,1-3 м3/мин | Эффективность распыления и выход |
| Высота падения | 2-10m | Время застывания и характеристики порошка |
Взаимозависимые отношения между этими параметрами требуют эмпирической оптимизации с использованием вычислительных моделей для достижения требований к порошкам.
газовое распылительное оборудование Поставщики
| Компания | Диапазон производительности | Смета расходов |
|---|---|---|
| AP&C | 10 кг/час - 300 кг/час | $750,000-$4 млн. |
| PSI | 25 кг/час - 500 кг/час | $950,000-$6 млн. |
| Gasbarre | 50 кг/час - 1000 кг/час | $1,2 млн - $8 млн |
| Группа Бюлер | 500 кг/час - 35 000 кг/час | $6 миллион+ |
Более крупные масштабы производства влекут за собой экспоненциально более высокие цены. Требуется значительная разработка под заказ.
Сравнительная оценка
| Атомайзер с закрытым соединением | Атомайзер свободного падения | |
|---|---|---|
| Инвестиционные затраты | Высокая | Средний |
| Комплексность | Высокая - Интегрированная конструкция сопла и газа | Средний - разделенные компоненты |
| Техническое обслуживание | Сложная задача - обработка всего судна | Проще - модульные детали |
| Производительность при работе с мелкими порошками | Выше | Средний |
| Гибкость материала | Средний - Ограничен риском засорения форсунок | Высокая - открытая архитектура |
| Мониторинг процессов | Обеспечивается жесткий контроль процесса | Больше полагается на характеристику |
Основные выводы
- Прецизионное создание частиц при широкой гибкости делает газовое распыление мощным, но дорогостоящим методом
- Интегрированное моделирование и мониторинг позволяют получать качественные порошки с узкими техническими характеристиками
- Масштабируемость остается ключевым ограничением для малых, средних и крупных газовых распылителей
Вопросы и ответы
Вопрос: Какие размеры систем газового распыления лучше всего подходят для металлических порошков AM?
О: Настольные лабораторные распылители с производительностью 1-5 кг/час подходят для исследований и разработок. Для коммерческого металлического AM-производства используются распылители с производительностью 50-200 кг/час, которые обеспечивают баланс между производительностью, стоимостью и качеством порошка.
Вопрос: Какое давление газа обычно используется при распылении?
О: В большинстве случаев распыление газа происходит при давлении 5-12 барг. Более высокое давление способствует получению более тонких порошков, но требует более тяжелых сосудов. Аргон обеспечивает более быстрый отвод тепла, чем азот.
Вопрос: Насколько малым может быть размер частиц газового распылителя?
О: Передовые распылители с близко расположенными соплами продемонстрировали стабильное производство металлических порошков размером 15-20 микрон при сохранении приемлемого процента выхода.
Вопрос: Какие металлы не подходят для газовой атомизации?
О: Высокореактивные сплавы, такие как титан и алюминиевые сплавы, создают проблемы с окислением и рискуют засорить сопло. Индукционная черепная плавка помогает решить эти проблемы.
