Szeretnéd elsajátítani az ultrafinom fémpor előállítását? Nézz be ide.

A mai fejlett gyártási szektorban az ultrafinom fémporok számos high-tech iparág alapvető anyagává váltak. Alkalmazási területük széleskörű és kritikus, a fém 3D nyomtatástól (additív gyártás) és a repülőgépmotorok hővédő bevonataitól kezdve az elektronikus alkatrészekhez használt vezetőképes ezüstpasztáig és az orvosi implantátumokhoz használt titánötvözet porokig. A kiváló minőségű, alacsony oxigéntartalmú, gömb alakú ultrafinom fémpor előállítása azonban rendkívül kihívást jelentő technológiai probléma. A különféle porgyártási technológiák közül a magas hőmérsékletű fém-víz porlasztás egyre nagyobb figyelmet kap egyedi előnyei miatt. De valóban olyan "jó", mint ahogy azt pletykálják? Ez a cikk a módszer alapelveit, előnyeit, kihívásait és alkalmazásait vizsgálja, hogy megtalálja a választ.

1. Ultrafinom fémpor: A modern ipar „láthatatlan sarokköve”

A berendezés vizsgálata előtt fontos megérteni, hogy miért olyan fontos az ultrafinom fémpor.

(1) Fogalommeghatározás és szabványok:

Az 1 mikron és 100 mikron közötti részecskeméretű fémporokat jellemzően finom poroknak tekintik, míg a 20 mikron alatti részecskeméretűeket (akár a szubmikron szintig) „ultrafinom” vagy „mikrofinom” poroknak nevezik. Ezek a porok rendkívül nagy fajlagos felülettel rendelkeznek, ami olyan felületi effektusokat, kisméretű effektusokat és kvantumeffektusokat eredményez, amelyek nem találhatók meg a tömbi anyagokban.

(2) Fő alkalmazási területek:

Additív gyártás (3D nyomtatás): Ez a legnagyobb keresletű szektor az ultrafinom fémporok iránt. A lézerek vagy elektronsugarak egymás után olvasztják meg a por rétegeit, hogy precízen gyártsanak komplex geometriájú alkatrészeket a repülőgépipar, az orvostudomány (pl. csípőízületek, fogkoronák) és a formagyártás számára. A por folyóképessége, részecskeméret-eloszlása ​​és gömbszerűsége közvetlenül meghatározza a nyomtatott alkatrész pontosságát és teljesítményét.

Fémfröccsöntés (MIM): Ultrafinom fémport kevernek kötőanyaggal, és egy formába fecskendeznek belőle. Ez a „zöld alkatrész” kötőanyag-eltávolításon és szinterezésen megy keresztül, így nagy volumenű, nagy pontosságú, rendkívül összetett, kis alkatrészeket, például telefonok SIM-kártyatartóit, lőfegyverek elsütőbillentyűit és óratokokat állítanak elő.

Termikus permetezési technológia: A port magas hőmérsékletű lángba vagy plazmaáramba vezetik, megolvasztják, majd nagy sebességgel permetezik az aljzat felületére, így kopásálló, korrózióálló és oxidációálló bevonatokat képeznek. Széles körben használják motorlapátokban, olajvezetékekben stb.

Egyéb területek: Ide tartoznak még az elektronikai ipar számára készült vezetőképes paszták, a vegyipar számára készült katalizátorok, valamint a védelmi ipar számára készült energetikai anyagok.

Ezek a csúcskategóriás alkalmazások rendkívül szigorú követelményeket támasztanak a fémpor részecskeméretével, gömbszerűségével, oxigéntartalmával, folyóképességével és látszólagos sűrűségével kapcsolatban.

2. Különböző porgyártási technológiák: Miért emelkedik ki a vízporlasztás?

A fémporok előállításának fő technológiái fizikai módszerekre (pl. porlasztás), kémiai módszerekre (pl. kémiai gőzfázisú leválasztás, redukció) és mechanikai módszerekre (pl. golyósmalom) oszthatók. Ezek közül a porlasztás a fő módszer a magas termelési hatékonyság, a viszonylag kontrollálható költségek és az ipari méretű termelésre való alkalmassága miatt.

A porlasztást a felhasznált közeg alapján gáz- és vízporlasztásra osztják.

Gázporlasztás: Nagynyomású inert gázt (pl. argont, nitrogént) használ az olvadt fémáram megütésére, finom cseppekké aprítva azt, amelyek porrá szilárdulnak. Az előnyök közé tartozik a nagy porgömbszerűség és a jó oxigéntartalom-szabályozás. Hátrányok a bonyolult berendezések, a magas gázköltség, a magas energiafogyasztás és az ultrafinom porok alacsony hozama.

Vízporlasztás: Nagynyomású vízsugarat használ aprítóközegként. A hagyományos vízporlasztás a gyors hűtési sebesség miatt többnyire szabálytalan (pelyhes vagy közel gömb alakú) porokat eredményez magas oxigéntartalommal, amelyeket gyakran olyan területeken használnak, ahol az alak nem kritikus, például kohászatban és hegesztőanyagokban.

A magas hőmérsékletű fémes vízporlasztási technológia a hagyományos vízporlasztáson alapuló jelentős innováció, amely okosan ötvözi a vízporlasztás magas hatékonyságát a gázporlasztás magas minőségével.

3. A magas hőmérsékletű fém-víz porlasztásos porgyártó gép rejtélyének leleplezése: Hogyan működik?

A nagy teljesítményű, magas hőmérsékletű vízporlasztók alapvető tervezési filozófiája: a fémcseppeket a lehető legalaposabban porlasztani, és hagyni, hogy gömb alakúak maradjanak, mielőtt érintkezésbe kerülnének a vízzel.

Munkafolyamata a következő főbb lépésekben foglalható össze:

(1) Olvadás és túlhevítés: A fém- vagy ötvözetalapú nyersanyagokat közepes frekvenciájú indukciós kemencében vákuum vagy védőatmoszféra alatt olvasztják, és olvadáspontjuknál jóval magasabb hőmérsékletre hevítik ("túlhevített" állapot, jellemzően 200-400 °C-kal magasabb). A magas hőmérséklet jelentősen csökkenti az olvadt fém viszkozitását és felületi feszültségét, ami a későbbi finom és gömb alakú porképződés kulcsfontosságú előfeltétele.

(2) Irányítás és stabil öntés: Az olvadt fém stabil áramlást képez az alsó vezetőfúvókán keresztül. Az áramlás stabilitása kulcsfontosságú az egyenletes porszemcseméret-eloszláshoz.

(3) Nagynyomású porlasztás: Ez a technológia lényege. A fémsugarat a porlasztófúvókánál több, különböző szögekből kilövellt, ultra nagy nyomású (akár 100 MPa vagy annál nagyobb) vízsugár precízen ütközteti. A rendkívül magas víznyomás hatalmas mozgási energiát biztosít a sugaraknak, amelyek képesek az alacsony viszkozitású, alacsony felületi feszültségű, túlhevített fémsugarat rendkívül finom cseppekké zúzni (fensui: összetörni).

(4) Repülés és szferoidizáció: Az összetört fém mikrocseppeknek elegendő idejük van a porlasztótorony alja felé történő repülésük során ahhoz, hogy a felületi feszültség hatására tökéletes gömbökké összehúzódjanak. A berendezés a porlasztótoronyban lévő légkör (általában védőgázzal, például nitrogénnel töltve) és a repülési távolság pontos szabályozásával optimális környezetet teremt a cseppek szferoidizációjához.

(5) Gyors megszilárdulás és gyűjtés: A gömb alakú cseppek a vízhűtéses gyűjtőtartályba esve gyorsan megszilárdulnak, szilárd, gömb alakú port képezve. A további folyamatok, mint például a víztelenítés, szárítás, szitálás és keverés eredményezik a végterméket.

4. A magas hőmérsékletű vízporlasztás „hasznossága”: az előnyök átfogó elemzése

„Jónak” tekinthető, mert számos fájdalompontot kezel az ultrafinom por előállításában:

1. Rendkívül magas ultrafinom porhozam: Ez a legjelentősebb előnye. Az ultramagas víznyomás és a fém túlhevítési technológia kombinációja drámaian növeli a célzott ultrafinom porok hozamát a 15-25 μm tartományban, többszörösére a hagyományos gázporlasztáshoz képest, jelentősen csökkentve az egységnyi gyártási költségeket.

2. Kiváló porgömbszerűség: A túlhevítés csökkenti az olvadt fém felületi feszültségét, és az optimalizált porlasztási folyamatok a gázporlasztott porhoz nagyon közel álló porgömbszerűséget eredményeznek, teljes mértékben megfelelve a 3D nyomtatás és a MIM követelményeinek.

3. Viszonylag alacsony oxigéntartalom: Bár a víz közegként való használata oxidációs kockázattal jár, az olyan intézkedések, mint az optimalizált fúvókakialakítás, a porlasztókamra védőgázzal való feltöltése és a megfelelő antioxidánsok hozzáadása hatékonyan szabályozhatják az oxigéntartalmat alacsony szinten (sok ötvözet esetében 500 ppm alatt), kielégítve a legtöbb alkalmazási igényt.

4. Jelentős termelési költségelőny: A drága inert gázokat használó gázporlasztáshoz képest a vízköltség szinte elhanyagolható. A berendezésberuházás és az üzemeltetési energiafogyasztás is jellemzően alacsonyabb, mint az azonos teljesítményű gázporlasztó berendezések esetében, ami gazdaságosságot kínál a nagyméretű ipari termeléshez.

5. Széles anyagalkalmazhatóság: Alkalmas vasalapú, nikkelalapú, kobaltalapú ötvözetektől rézötvözetekig, alumíniumötvözetekig, ónötvözetekig stb. porok előállítására, ami erős sokoldalúságot jelez.

5. Árnyékok a reflektorfényben: Objektíven szemlélve a kihívásokat és a korlátokat

Egyetlen technológia sem tökéletes; a magas hőmérsékletű vízporlasztásnak megvannak a maga korlátai és leküzdendő nehézségei:

1. Nagy aktivitású fémek esetén: Az olyan aktív fémek esetében, mint a titánötvözetek, a tantál és a nióbium, amelyek rendkívül hajlamosak az oxidációra, a vizes közegből történő oxidáció kockázata továbbra is magas, ami megnehezíti az ultra alacsony oxigéntartalmú (pl. <200 ppm) porok előállítását. Ezek az anyagok jelenleg olyan technológiák területei, mint az inert gázos porlasztás vagy a plazma forgóelektródás eljárás (PREP).

2. „Szabadtéri” jelenség: A porlasztás során egyes már megszilárdult vagy félig megszilárdult apró porok nagyobb cseppekhez ütközhetnek és azokhoz tapadhatnak, „szatellit gömböket” képezve, ami befolyásolhatja a por folyóképességét és eloszlását. Ezt a folyamatparaméterek optimalizálásával kell minimalizálni.

3. A folyamatszabályozás összetettsége: A kiváló minőségű por stabil előállításához több tucat paraméter, például a fém túlhevítési hőmérséklete, a víznyomás, a víz áramlási sebessége, a fúvóka szerkezete és a légkör szabályozása precíz (xietong: koordinációs) szabályozására van szükség, ami magas szintű műszaki akadályt jelent.

4. Víz újrahasznosítása és kezelése: A nagyméretű termelés hatékony vízvisszaforgató hűtőrendszereket és szennyvíztisztító rendszereket igényel, ami növeli a kiegészítő létesítmények bonyolultságát.

6. Konklúzió: Tényleg ennyire jó?

A válasz: Szakterületén igen, tényleg nagyon „jó”.

A magas hőmérsékletű fémvizes porlasztásos porgyártó gép nem célja, hogy minden más porgyártási technológiát lecseréljen. Ehelyett egy olyan műszaki megoldásként szolgál, amely kiváló egyensúlyt teremt a nagy hatékonyság, az alacsony költség és a magas minőség között, nagymértékben kielégítve az ultrafinom gömb alakú fémporok iránti növekvő piaci igényt.

Ha elsődleges célja ultrafinom porok előállítása olyan anyagokból, mint a rozsdamentes acél, szerszámacél, magas hőmérsékletű ötvözetek, kobalt-króm ötvözetek, rézötvözetek, 3D nyomtatási, MIM, termikus szórásos stb. alkalmazásokhoz, és magasak a költségkontroll követelményei, akkor a magas hőmérsékletű vízporlasztásos technológia kétségtelenül egy rendkívül vonzó és versenyképes lehetőség. Lehetővé teszi az ultrafinom fémporok előállításának „elsajátítását”.

Ha azonban a terméke titánötvözet vagy más aktív fémpor, amely a legmagasabb szintű oxigéntartalom-szabályozást igényli a csúcskategóriás repülőgépipari alkalmazásokhoz, akkor érdemes lehet más lehetőségeket is megfontolni, például a drágább inert gázos porlasztást vagy a plazma porlasztási technológiákat.

Összefoglalva, a magas hőmérsékletű fém-víz porlasztásos porgyártó gép jelentős eredmény a modern porkohászati ​​technológia fejlesztésében. Innovatív gondolkodásmódot alkalmaz a hagyományos (矛盾: maodun: ellentmondás) minőség és költség közötti feloldására, és a csúcskategóriás gyártás fejlődésének újabb erőteljes motorjává válik. A választás során az anyagtulajdonságok, a termékkövetelmények, valamint a technológia előnyeinek és hátrányainak teljes megértése kulcsfontosságú a legbölcsebb döntés meghozatalához és az ultrafinom fémpor-gyártás valódi „elsajátításához”.