Ar norite įvaldyti itin smulkių metalo miltelių gamybą? Pažvelkite čia.

Šiandieniniame pažangiame gamybos sektoriuje itin smulkūs metalo milteliai tapo pagrindinėmis medžiagomis daugelyje aukštųjų technologijų pramonės šakų. Jų pritaikymas yra platus ir kritinis – nuo ​​metalo 3D spausdinimo (adityviosios gamybos) ir šiluminio barjero dangų aviacijos ir kosmoso varikliams iki laidžios sidabro pastos elektroniniams komponentams ir titano lydinių miltelių medicininiams implantams. Tačiau aukštos kokybės, mažai deguonies turinčių, sferinių itin smulkių metalo miltelių gamyba yra labai sudėtinga technologinė problema. Tarp įvairių miltelių gamybos technologijų, dėl unikalių privalumų, vis daugiau dėmesio sulaukia aukštos temperatūros metalo ir vandens atomizavimas . Bet ar jis tikrai toks „geras“, kaip kalbama? Šiame straipsnyje nagrinėjami jo principai, privalumai, iššūkiai ir pritaikymas, siekiant rasti atsakymą.

1. Itin smulkūs metalo milteliai: „nematomas šiuolaikinės pramonės kertinis akmuo“

Prieš pradedant nagrinėti įrangą, būtina suprasti, kodėl itin smulkūs metalo milteliai yra tokie svarbūs.

(1) Apibrėžimas ir standartai:

Paprastai metalo milteliai, kurių dalelių dydis yra nuo 1 mikrono iki 100 mikronų, laikomi smulkiais milteliais, o tie, kurių dalelių dydis yra mažesnis nei 20 mikronų (net iki submikrono lygio), vadinami „ultra smulkiais“ arba „mikrosmulkiais“ milteliais. Šie milteliai turi itin didelį savitąjį paviršiaus plotą, todėl atsiranda paviršiaus efektai, mažo dydžio efektai ir kvantiniai efektai, kurių nėra biriose medžiagose.

(2) Pagrindinės taikymo sritys:

Adityvioji gamyba (3D spausdinimas): Tai didžiausias itin smulkių metalo miltelių paklausos sektorius. Lazeriai arba elektronų pluoštai nuosekliai lydo miltelių sluoksnius, kad tiksliai pagamintų sudėtingos geometrijos detales aviacijos ir kosmoso, medicinos (pvz., klubo sąnarių, dantų vainikėlių) ir liejimo pramonei. Miltelių takumas, dalelių dydžio pasiskirstymas ir sferiškumas tiesiogiai lemia spausdintos detalės tikslumą ir našumą.

Metalo liejimas įpurškimu (MIM): itin smulkūs metalo milteliai sumaišomi su rišikliu ir įpurškiami į formą, kad būtų suformuota forma. Ši „žalioji dalis“ yra pašalinama iš rišiklių ir sukepinama, kad būtų pagaminti didelio tūrio, didelio tikslumo, labai sudėtingi maži komponentai, tokie kaip telefonų SIM kortelių dėklai, šaunamųjų ginklų gaidukai ir laikrodžių korpusai.

Terminio purškimo technologija: milteliai tiekiami į aukštos temperatūros liepsną arba plazmos srautą, išlydomi ir tada dideliu greičiu purškiami ant pagrindo paviršiaus, kad susidarytų atsparios dilimui, korozijai ir oksidacijai dangos. Plačiai naudojama variklių mentėse, naftotiekiuose ir kt.

Kitos sritys: Taip pat apima laidžias pastas elektronikos pramonei, katalizatorius chemijos pramonei ir energetines medžiagas gynybos sektoriui.

Šios aukštos klasės taikymo sritys kelia itin griežtus metalo miltelių dalelių dydžio, sferiškumo, deguonies kiekio, tekėjimo ir tariamojo tankio reikalavimus.

2. Miltelių gamybos technologijų įvairovė: kodėl išsiskiria vandens purškimas?

Pagrindines metalo miltelių gamybos technologijas galima suskirstyti į fizikinius metodus (pvz., atomizaciją), cheminius metodus (pvz., cheminį garų nusodinimą, redukciją) ir mechaninius metodus (pvz., rutulinį malimą). Tarp jų atomizacija yra pagrindinis metodas dėl didelio gamybos efektyvumo, santykinai kontroliuojamų sąnaudų ir tinkamumo pramoninio masto gamybai.

Priklausomai nuo naudojamos terpės, atomizacija dar skirstoma į dujų atomizaciją ir vandens atomizaciją.

Dujų atomizavimas: naudoja aukšto slėgio inertines dujas (pvz., argoną, azotą), kad paveiktų išlydyto metalo srovę, suskaidydama ją į smulkius lašelius, kurie sukietėja į miltelius. Privalumai yra didelis miltelių sferiškumas ir gera deguonies kiekio kontrolė. Trūkumai yra sudėtinga įranga, didelės dujų sąnaudos, didelis energijos suvartojimas ir mažas itin smulkių miltelių išeiga.

Vandens purškimas: kaip skaldymo terpė naudojamos aukšto slėgio vandens srovės. Tradicinis vandens purškimas dėl greito aušinimo greičio dažniausiai gamina netaisyklingus miltelius (dribsnių pavidalo arba beveik sferinius), kuriuose yra daug deguonies, dažnai naudojamus srityse, kur forma nėra svarbi, pavyzdžiui, metalurgijoje ir suvirinimo medžiagose.

Aukštos temperatūros metalo vandens purškimo technologija yra svarbi inovacija, pagrįsta tradiciniu vandens purškimu, sumaniai derinant aukštą vandens purškimo efektyvumą su aukšta dujų purškimo kokybe.

3. Aukštos temperatūros metalo vandens atomizacijos miltelių gamybos mašinos paslapties demaskavimas: kaip ji veikia?

Didelio našumo aukštos temperatūros vandens purkštuvo pagrindinė konstrukcijos filosofija yra tokia: kuo kruopščiau išpurkšti metalo lašelius ir leisti jiems išlikti sferiniams prieš jiems liečiantis su vandeniu.

Jo darbo eigą galima apibendrinti šiais pagrindiniais žingsniais:

(1) Lydymosi ir perkaitinimo: Metalo arba lydinių žaliavos lydomos vidutinio dažnio indukcinėje krosnyje vakuume arba apsauginėje atmosferoje ir kaitinamos iki temperatūros, gerokai aukštesnės už jų lydymosi temperatūrą („perkaitinta“ būsena, paprastai 200–400 °C aukštesnė). Aukšta temperatūra žymiai sumažina išlydyto metalo klampumą ir paviršiaus įtempimą, kurie yra pagrindinė smulkių ir sferinių miltelių susidarymo sąlyga.

(2) Kreipimasis ir stabilus pylimas: Išlydytas metalas per apatinį kreipiamąjį antgalį sudaro stabilų srautą. Šio srauto stabilumas yra labai svarbus vienodam miltelių dalelių dydžio pasiskirstymui.

(3) Aukšto slėgio purškimas: Tai yra technologijos pagrindas. Metalo srautas purškimo antgalyje yra tiksliai paveikiamas kelių itin aukšto slėgio (iki 100 MPa ar daugiau) vandens srovių, nukreiptų iš skirtingų kampų. Labai didelis vandens slėgis suteikia srovėms didžiulę kinetinę energiją, kuri gali susmulkinti (fensui: susmulkinti) mažo klampumo, mažo paviršiaus įtempimo perkaitintą metalo srovę į itin smulkius lašelius.

(4) Skrydis ir sferoidizacija: Susmulkinti metalo mikrolašeliai skrydžio į purškimo bokšto dugną metu, veikiant paviršiaus įtempimui, turi pakankamai laiko susitraukti į idealias sferas. Įranga sukuria optimalią lašelių sferoidizacijai aplinką tiksliai kontroliuodama atmosferą purškimo bokšto viduje (paprastai pripildytą apsauginėmis dujomis, tokiomis kaip azotas) ir skrydžio atstumą.

(5) Greitas kietėjimas ir surinkimas: Sferiniai lašeliai, patekę į apačioje esančią vandeniu aušinamą surinkimo talpyklą, greitai sukietėja ir sudaro kietus sferinius miltelius. Vėlesni procesai, tokie kaip vandens pašalinimas, džiovinimas, sijojimas ir maišymas, duoda galutinį produktą.

4. Aukštos temperatūros vandens atomizacijos „naudingumas“: išsami privalumų analizė

Tai laikoma „geru“, nes sprendžia kelias itin smulkių miltelių gamybos problemas:

1. Ypač didelė itin smulkių miltelių išeiga: tai yra svarbiausias jų privalumas. Itin didelio vandens slėgio ir metalo perkaitinimo technologijos derinys žymiai padidina tikslinių itin smulkių miltelių, kurių dydis 15–25 μm, išeigą kelis kartus, palyginti su tradiciniu dujų purškimu, todėl žymiai sumažėja vieneto gamybos sąnaudos.

2. Puikus miltelių sferiškumas: perkaitinimas sumažina išlydyto metalo paviršiaus įtempimą, o optimizuoti purškimo procesai lemia miltelių sferiškumą, labai artimą dujomis purškiamų miltelių sferiškumui, visiškai atitinkantį 3D spausdinimo ir MIM reikalavimus.

3. Santykinai mažas deguonies kiekis: nors vandens naudojimas kaip terpė kelia oksidacijos riziką, tokios priemonės kaip optimizuotas purkštukų dizainas, purškimo kameros užpildymas apsauginėmis dujomis ir tinkamų antioksidantų pridėjimas gali veiksmingai kontroliuoti deguonies kiekį esant žemam lygiui (daugeliui lydinių – žemiau 500 ppm), patenkinant daugumos pritaikymo poreikius.

4. Reikšmingas gamybos sąnaudų pranašumas: palyginti su dujų purškimu naudojant brangias inertines dujas, vandens sąnaudos yra beveik nereikšmingos. Įrangos investicijos ir eksploatacinės energijos sąnaudos taip pat paprastai yra mažesnės nei atitinkamo našumo dujų purškimo įrangos, todėl ekonomiškai pagrįstos didelio masto pramonine gamyba.

5. Platus medžiagų pritaikomumas: tinka gaminti miltelius iš geležies, nikelio, kobalto lydinių, vario, aliuminio, alavo lydinių ir kt., o tai rodo didelį universalumą.

5. Šešėliai dėmesio centre: objektyvus iššūkių ir apribojimų vertinimas

Nė viena technologija nėra tobula; aukštos temperatūros vandens purškimas turi savo ribas ir sunkumus, kuriuos reikia įveikti:

1. Labai aktyviems metalams: Aktyviems metalams, tokiems kaip titano lydiniai, tantalas ir niobis, kurie yra itin linkę oksiduotis, oksidacijos iš vandens terpės rizika išlieka didelė, todėl sunku pagaminti miltelius su itin mažu deguonies kiekiu (pvz., <200 ppm). Šios medžiagos šiuo metu yra tokių technologijų kaip inertinių dujų atomizavimas arba plazminio rotacinio elektrodo procesas (PREP) sritis.

2. „Palydovo“ reiškinys: purškimo metu kai kurie jau sukietėję arba pusiau sukietėję smulkūs milteliai gali atsitrenkti į didesnius lašelius ir prie jų prilipti, sudarydami „palydovo rutuliukus“, kurie gali paveikti miltelių tekėjimą ir plitimą. Jį reikia sumažinti optimizuojant proceso parametrus.

3. Proceso valdymo sudėtingumas: Norint stabiliai gaminti aukštos kokybės miltelius, reikia tiksliai (sąlyginai) valdyti daugybę parametrų, tokių kaip metalo perkaitimo temperatūra, vandens slėgis, vandens srautas, purkštukų konstrukcija ir atmosferos valdymas, o tai yra didelis techninis barjeras.

4. Vandens perdirbimas ir valymas: didelio masto gamybai reikalingos efektyvios vandens recirkuliacijos aušinimo sistemos ir nuotekų valymo sistemos, o tai padidina pagalbinių įrenginių sudėtingumą.

6. Išvada: ar tikrai taip gerai?

Atsakymas: savo kompetencijos srityje, taip, jis yra tikrai labai „geras“.

Aukštos temperatūros metalo vandens purškimo miltelių gamybos mašina nesiekia pakeisti visų kitų miltelių gamybos technologijų. Vietoj to, ji yra techninis sprendimas, užtikrinantis puikų balansą tarp didelio efektyvumo, mažos kainos ir aukštos kokybės, puikiai patenkinant augančią itin smulkių sferinių metalo miltelių rinkos paklausą.

Jei jūsų pagrindinis tikslas yra gaminti itin smulkius miltelius iš tokių medžiagų kaip nerūdijantis plienas, įrankinis plienas, aukštos temperatūros lydiniai, kobalto-chromo lydiniai, vario lydiniai, skirtus 3D spausdinimui, MIM, terminiam purškimui ir kt., ir jums keliami aukšti sąnaudų kontrolės reikalavimai, tuomet aukštos temperatūros vandens purškimo technologija neabejotinai yra labai patrauklus ir konkurencingas pasirinkimas. Ji leidžia lengviau „įvaldyti“ itin smulkių metalo miltelių gamybą.

Tačiau jei jūsų produktas yra titano lydinys arba kiti aktyviųjų metalų milteliai, kuriems reikalinga itin didelė deguonies kiekio kontrolė aukščiausios klasės aviacijos ir kosmoso reikmėms, gali tekti apsvarstyti kitas galimybes, pvz., brangesnes inertinių dujų atomizacijos arba plazmos atomizacijos technologijas.

Apibendrinant galima teigti, kad aukštos temperatūros metalo vandens purškimo miltelių gamybos mašina yra reikšmingas pasiekimas šiuolaikinės miltelių metalurgijos technologijos plėtroje. Ji pasitelkia novatorišką mąstymą, kad išspręstų tradicinę (maodun: prieštaravimą) tarp kokybės ir kainos, tapdama dar vienu galingu varikliu, skatinančiu aukštos klasės gamybos plėtrą. Renkantis, norint priimti išmintingiausią sprendimą ir iš tikrųjų „įvaldyti“ itin smulkių metalo miltelių gamybą, labai svarbu visapusiškai suprasti savo medžiagų savybes, produkto reikalavimus ir technologijos privalumus bei trūkumus.