Искате ли да овладеете производството на ултрафин метален прах? Вижте тук.

В днешния напреднал производствен сектор, ултрафините метални прахове са се превърнали в основни материали за множество високотехнологични индустрии. Приложенията им са обширни и критични, вариращи от 3D печат с метал (адитивно производство) и термобариерни покрития за аерокосмически двигатели до проводима сребърна паста за електронни компоненти и прахове от титаниеви сплави за медицински импланти. Производството на висококачествен, нискокислороден, сферичен ултрафин метален прах обаче е изключително труден технологичен проблем. Сред различните технологии за производство на прахове, високотемпературното атомизиране на метал с вода привлича все по-голямо внимание поради своите уникални предимства. Но наистина ли е толкова „добро“, колкото се говори? Тази статия разглежда нейните принципи, предимства, предизвикателства и приложения, за да намери отговора.

1. Ултрафин метален прах: „Невидимият крайъгълен камък“ на съвременната индустрия

Преди да разгледаме оборудването, е важно да разберем защо ултрафин метален прах е толкова важен.

(1) Определение и стандарти:

Обикновено металните прахове с размери на частиците между 1 микрон и 100 микрона се считат за фини прахове, докато тези с размери на частиците под 20 микрона (дори до субмикронно ниво) се наричат ​​„ултрафини“ или „микрофини“ прахове. Тези прахове притежават изключително голяма специфична повърхност, което води до повърхностни ефекти, ефекти на малкия размер и квантови ефекти, които не се срещат в насипните материали.

(2) Основни области на приложение:

Адитивно производство (3D печат): Това е секторът с най-голямо търсене на ултрафини метални прахове. Лазери или електронни лъчи последователно стопяват слоеве прах, за да произвеждат прецизно части със сложна геометрия за аерокосмическата, медицинската (напр. тазобедрени стави, зъбни коронки) и производството на леярски форми. Течливостта на праха, разпределението на размера на частиците и сферичността му директно определят точността и производителността на отпечатания детайл.

Шприцване на метал (MIM): Ултрафин метален прах се смесва със свързващо вещество и се инжектира в матрица, за да се оформи форма. Тази „зелена част“ претърпява отделяне на свързващото вещество и синтероване, за да се получат високообемни, високопрецизни, много сложни малки компоненти, като например гнезда за SIM карти за телефони, спусъци за огнестрелни оръжия и корпуси за часовници.

Технология за термично пръскане: Прахът се подава във високотемпературен пламък или плазмен поток, разтопява се и след това се пръска с висока скорост върху повърхността на субстрата, за да се образуват износоустойчиви, устойчиви на корозия и окисляване покрития. Широко използван в лопатките на двигатели, нефтопроводи и др.

Други области: Включва също проводими пасти за електронната промишленост, катализатори за химическата промишленост и енергийни материали за отбранителния сектор.

Тези високотехнологични приложения налагат изключително строги изисквания към размера на частиците, сферичността, съдържанието на кислород, течливостта и видимата плътност на металния прах.

2. Разнообразие от технологии за производство на прах: Защо водната атомизация се откроява?

Основните технологии за производство на метални прахове могат да бъдат разделени на физични методи (напр. атомизация), химични методи (напр. химическо отлагане от пари, редукция) и механични методи (напр. топково смилане). Сред тях атомизацията е основният метод поради високата си производствена ефективност, относително контролируемите разходи и пригодността за производство в промишлен мащаб.

Атомизацията се разделя допълнително на газова атомизация и водна атомизация в зависимост от използваната среда.

Газова атомизация: Използва инертен газ под високо налягане (напр. аргон, азот), който въздейства върху поток от разтопен метал, разбивайки го на фини капчици, които се втвърдяват на прах. Предимствата включват висока сферичност на праха и добър контрол на съдържанието на кислород. Недостатъците са сложно оборудване, висока цена на газа, висока консумация на енергия и нисък добив на ултрафини прахове.

Водна атомизация: Използва водни струи под високо налягане като разрушаваща среда. Традиционната водна атомизация, поради бързата си скорост на охлаждане, произвежда предимно неправилни прахове (люспести или почти сферични) с високо съдържание на кислород, често използвани в области, където формата не е критична, като например металургията и заваръчните материали.

Технологията за високотемпературно атомизиране на метал с вода е основна иновация, базирана на традиционното атомизиране на вода, умело съчетаваща високата ефективност на атомизирането на вода с високото качество на атомизирането на газ.

3. Демистифициране на машината за производство на метални прахове с водна атомизация при висока температура: Как работи?

Основната философия на дизайна на високоефективния високотемпературен воден атомайзер е: да атомизира металните капчици възможно най-добре и да им позволи да останат сферични, преди да влязат в контакт с водата.

Работният процес може да бъде обобщен в следните ключови стъпки:

(1) Топене и прегряване: Металните или легираните суровини се стопяват в средночестотна индукционна пещ под вакуум или защитна атмосфера и се нагряват до температура, значително над точката им на топене („прегрято“ състояние, обикновено с 200-400°C по-високо). Високата температура значително намалява вискозитета и повърхностното напрежение на разтопения метал, което е ключовата предпоставка за последващото образуване на фин и сферичен прах.

(2) Насочване и стабилно изливане: Разтопеният метал образува стабилен поток през долната насочваща дюза. Стабилността на този поток е от решаващо значение за равномерното разпределение на размера на частиците прах.

(3) Атомизация под високо налягане: Това е основата на технологията. Металният поток се насочва прецизно към дюзата за атомизиране от няколко водни струи с ултрависоко налягане (до 100 MPa или повече) от различни ъгли. Изключително високото водно налягане дава на струите огромна кинетична енергия, способна (fensui: смачкване) на нисковискозен, ниско повърхностно напрежение прегрят метален поток на изключително фини капчици.

(4) Полет и сфероидизация: Смачканите метални микрокапчици имат достатъчно време по време на полета си до дъното на атомизиращата кула, за да се свият в перфектни сфери под действието на повърхностното напрежение. Оборудването създава оптимална среда за сфероидизация на капчици чрез прецизен контрол на атмосферата вътре в атомизиращата кула (обикновено запълнена със защитен газ като азот) и разстоянието на полет.

(5) Бързо втвърдяване и събиране: Сферичните капчици бързо се втвърдяват при падане в охлаждания с вода резервоар за събиране отдолу, образувайки твърд сферичен прах. Последващи процеси като обезводняване, сушене, пресяване и смесване водят до крайния продукт.

4. „Полезността“ на високотемпературното водно разпръскване: Цялостен анализ на предимствата

Счита се за „добър“, защото адресира множество проблемни точки при производството на ултрафин прах:

1. Изключително висок добив на ултрафин прах: Това е най-същественото му предимство. Комбинацията от ултрависоко водно налягане и технология за прегряване на метала драстично увеличава добива на целеви ултрафини прахове в диапазона 15-25μm до няколко пъти в сравнение с традиционното газово атомизиране, което значително намалява производствените разходи за единица продукт.

2. Отлична сферичност на праха: Прегряването намалява повърхностното напрежение на разтопения метал, а оптимизираните процеси на атомизиране водят до сферичност на праха, много близка до тази на газово атомизиран прах, което напълно отговаря на изискванията за 3D печат и MIM.

3. Сравнително ниско съдържание на кислород: Въпреки че използването на вода като среда носи рискове от окисляване, мерки като оптимизиран дизайн на дюзата, запълване на атомизационната камера със защитен газ и добавяне на подходящи антиоксиданти могат ефективно да контролират съдържанието на кислород при ниски нива (за много сплави, под 500 ppm), отговаряйки на нуждите на повечето приложения.

4. Значително предимство по отношение на производствените разходи: В сравнение с газовото атомизиране, използващо скъпи инертни газове, цената на водата е почти незначителна. Инвестициите в оборудване и оперативната консумация на енергия също обикновено са по-ниски, отколкото при оборудване за газово атомизиране с еквивалентна мощност, което предлага икономическа осъществимост за мащабно промишлено производство.

5. Широка адаптивност към материалите: Подходящ за производство на прахове от сплави на желязна, никелова, кобалтова основа до медни сплави, алуминиеви сплави, калаени сплави и др., което показва силна гъвкавост.

5. Сенки под светлината на прожекторите: Обективен поглед върху предизвикателствата и ограниченията им

Никоя технология не е перфектна; високотемпературното атомизиране на вода има своите приложими граници и трудности, които трябва да бъдат преодолени:

1. За високоактивни метали: За активни метали като титанови сплави, тантал и ниобий, които са изключително податливи на окисление, рискът от окисление от водната среда остава висок, което затруднява производството на прах с ултраниско съдържание на кислород (напр. <200 ppm). Тези материали понастоящем са в областта на технологии като атомизация с инертен газ или процес с плазмено въртящ се електрод (PREP).

2. Феномен на „сателитиране“: По време на атомизацията, някои вече втвърдени или полувтвърдени малки прахове могат да се сблъскат с по-големи капчици и да се прилепят към тях, образувайки „сателитни топки“, което може да повлияе на течливостта и разпръскването на праха. Необходимо е да се сведе до минимум чрез оптимизиране на параметрите на процеса.

3. Сложност на контрола на процеса: Стабилното производство на висококачествен прах изисква прецизен контрол (координация xietong:协同) на десетки параметри като температура на прегряване на метала, водно налягане, дебит на водата, структура на дюзата и контрол на атмосферата, което представлява висока техническа бариера.

4. Рециклиране и пречистване на вода: Мащабното производство изисква ефективни системи за рециркулация на водата и системи за пречистване на отпадъчни води, което усложнява спомагателните съоръжения.

6. Заключение: Наистина ли е толкова хубаво?

Отговорът е: В своята област на експертиза, да, наистина е много „добър“.

Машината за производство на метални прахове с водна атомизация при висока температура не цели да замени всички други технологии за производство на прахове. Вместо това, тя служи като техническо решение, което постига отличен баланс между висока ефективност, ниска цена и високо качество, като по този начин отговаря на нарастващото пазарно търсене на ултрафини сферични метални прахове.

Ако основната ви цел е да произвеждате ултрафини прахове от материали като неръждаема стомана, инструментална стомана, високотемпературни сплави, кобалтово-хромови сплави, медни сплави, за приложения в 3D печат, MIM, термично пръскане и др., и имате високи изисквания за контрол на разходите, тогава технологията за високотемпературна водна атомизация несъмнено е изключително привлекателен и конкурентен вариант. Тя прави „овладяването“ на производството на ултрафини метални прахове по-осъществимо.

Ако обаче вашият продукт е титаниева сплав или други активни метални прахове, изискващи максимален контрол на съдържанието на кислород за първокласни аерокосмически приложения, може да се наложи да обмислите други опции, като по-скъпите технологии за атомизиране с инертен газ или плазмено атомизиране.

В обобщение, машината за производство на метални прахове с водна атомизация при висока температура е значително постижение в развитието на съвременната технология за прахова металургия. Тя използва иновативно мислене, за да реши традиционното противоречие (矛盾: maodun) между качество и цена, превръщайки се в друг мощен двигател, движещ развитието на висококачествено производство. При избора, пълното разбиране на свойствата на материалите, изискванията към продукта и плюсовете и минусите на технологията е ключово за вземането на най-мъдрото решение и истинското „овладяване“ на производството на ултрафини метални прахове.