Хочете опанувати виробництво надтонкого металевого порошку? Загляньте сюди.

У сучасному передовому виробничому секторі надтонкі металеві порошки стали основними матеріалами для численних високотехнологічних галузей промисловості. Їх застосування є широким та критичним, починаючи від 3D-друку металом (адитивного виробництва) та термобар'єрних покриттів для аерокосмічних двигунів до провідної срібної пасти для електронних компонентів та порошків титанових сплавів для медичних імплантатів. Однак виробництво високоякісного, низькокисневого, сферичного надтонкого металевого порошку є дуже складною технологічною проблемою. Серед різних технологій виробництва порошків високотемпературне розпилення металу водою привертає все більшу увагу завдяки своїм унікальним перевагам. Але чи справді це так «добре», як ходять чутки? У цій статті заглиблюються в його принципи, переваги, проблеми та застосування, щоб знайти відповідь.

1. Ультратонкий металевий порошок: «невидимий наріжний камінь» сучасної промисловості

Перш ніж розглядати обладнання, важливо зрозуміти, чому надтонкий металевий порошок такий важливий.

(1) Визначення та стандарти:

Зазвичай металеві порошки з розміром частинок від 1 мікрона до 100 мікронів вважаються дрібними порошками, тоді як ті, що мають розмір частинок менше 20 мікронів (навіть до субмікронного рівня), називаються «наддрібними» або «мікродрібними» порошками. Ці порошки мають надзвичайно велику питому площу поверхні, що призводить до поверхневих ефектів, ефектів малого розміру та квантових ефектів, яких немає в сипучих матеріалах.

(2) Основні сфери застосування:

Адитивне виробництво (3D-друк): це сектор з найбільшим попитом на надтонкі металеві порошки. Лазери або електронні промені послідовно плавлять шари порошку для точного виготовлення деталей зі складною геометрією для аерокосмічної, медичної (наприклад, кульшових суглобів, зубних коронок) та ливарної промисловості. Текучість порошку, розподіл частинок за розміром та сферичність безпосередньо визначають точність та продуктивність надрукованої деталі.

Лиття металу під тиском (MIM): Ультратонкий металевий порошок змішується зі сполучною речовиною та впорскується у форму для формування форми. Ця «зелена деталь» піддається видаленню сполучної речовини та спіканню для виробництва великооб'ємних, високоточних, дуже складних дрібних компонентів, таких як лотки для SIM-карт телефонів, курки вогнепальної зброї та корпуси годинників.

Технологія термічного напилення: порошок подається у високотемпературне полум'я або плазмовий потік, плавиться, а потім розпилюється з високою швидкістю на поверхню підкладки для формування зносостійких, корозійностійких та окислювально-стійких покриттів. Широко використовується в лопатках двигунів, нафтопроводах тощо.

Інші галузі: також включає струмопровідні пасти для електронної промисловості, каталізатори для хімічної промисловості та енергетичні матеріали для оборонного сектору.

Ці високоякісні застосування висувають надзвичайно суворі вимоги до розміру частинок металевого порошку, його сферичності, вмісту кисню, плинності та видимої щільності.

2. Різноманітність технологій виробництва порошків: чому водне розпилення виділяється?

Основні технології виробництва металевих порошків можна розділити на фізичні методи (наприклад, атомізацію), хімічні методи (наприклад, хімічне осадження з парової фази, відновлення) та механічні методи (наприклад, кульове подрібнення). Серед них атомізація є основним методом завдяки високій виробничій ефективності, відносно контрольованій вартості та придатності для виробництва в промислових масштабах.

Атомізація далі поділяється на газову атомізацію та атомізацію води залежно від використовуваного середовища.

Газова атомізація: Використовується інертний газ під високим тиском (наприклад, аргон, азот) для впливу на потік розплавленого металу, розбиваючи його на дрібні краплі, які затвердівають у порошок. Переваги включають високу сферичність порошку та хороший контроль вмісту кисню. Недоліки включають складне обладнання, високу вартість газу, високе споживання енергії та низький вихід надтонких порошків.

Розпилення водою: як розпушувальне середовище використовується струмінь води високого тиску. Традиційне розпилення водою, завдяки швидкій швидкості охолодження, призводить до утворення переважно нерегулярних порошків (лускатих або майже сферичних) з високим вмістом кисню, які часто використовуються в галузях, де форма не є критичною, таких як металургія та зварювальні матеріали.

Технологія високотемпературного розпилення металу водою є важливою інновацією, що базується на традиційному розпиленні водою, вміло поєднуючи високу ефективність розпилення води з високою якістю розпилення газу.

3. Розкриття таємниць про машину для виробництва порошку для високотемпературного розпилення металу водою: як вона працює?

Основна філософія проектування високопродуктивного високотемпературного водяного розпилювача полягає в тому, щоб якомога ретельніше розпилювати краплі металу та дозволяти їм залишатися сферичними до контакту з водою.

Його робочий процес можна коротко описати такими ключовими кроками:

(1) Плавлення та перегрів: Металеві або леговані сировинні матеріали плавляться в індукційній печі середньої частоти у вакуумі або захисній атмосфері та нагріваються до температури, що значно перевищує їхню точку плавлення («перегрітий» стан, зазвичай на 200-400°C вище). Висока температура значно знижує в'язкість та поверхневий натяг розплавленого металу, що є ключовою передумовою для подальшого утворення дрібного та сферичного порошку.

(2) Напрямлення та стабільне розливання: Розплавлений метал утворює стабільний потік через нижнє направляюче сопло. Стабільність цього потоку має вирішальне значення для рівномірного розподілу розмірів частинок порошку.

(3) Розпилення під високим тиском: це основа технології. На струмінь металу точно впливають кілька струменів води надвисокого тиску (до 100 МПа або більше) під різними кутами в розпилювальному сопло. Надзвичайно високий тиск води надає струменям величезної кінетичної енергії, здатної (фенсуй: дробити) низьков'язкий перегрітий струмінь металу з низьким поверхневим натягом на надзвичайно дрібні краплі.

(4) Політ та сфероїдизація: Подрібнені металеві мікрокраплі мають достатньо часу під час польоту до дна розпилювальної вежі, щоб стиснутися в ідеальні сфери під дією поверхневого натягу. Обладнання створює оптимальне середовище для сфероїдизації крапель, точно контролюючи атмосферу всередині розпилювальної вежі (зазвичай заповнену захисним газом, таким як азот) та дальність польоту.

(5) Швидке затвердіння та збір: Сферичні краплі швидко затвердівають, потрапляючи в охолоджуваний водою резервуар для збору, розташований нижче, утворюючи твердий сферичний порошок. Подальші процеси, такі як зневоднення, сушіння, просіювання та змішування, дають кінцевий продукт.

4. «Корисність» високотемпературного розпилення води: комплексний аналіз переваг

Він вважається «хорошим», оскільки вирішує кілька проблемних питань у виробництві надтонкого порошку:

1. Надзвичайно високий вихід надтонкого порошку: це його найважливіша перевага. Поєднання технології надвисокого тиску води та перегріву металу різко збільшує вихід цільових надтонких порошків у діапазоні 15-25 мкм, у кілька разів порівняно з традиційним газовим розпиленням, що значно знижує собівартість одиниці продукції.

2. Відмінна сферичність порошку: Перегрів зменшує поверхневий натяг розплавленого металу, а оптимізовані процеси атомізації призводять до сферичності порошку, дуже близької до сферичності порошку, розпиленого газом, що повністю відповідає вимогам 3D-друку та MIM.

3. Відносно низький вміст кисню: Хоча використання води як середовища створює ризики окислення, такі заходи, як оптимізована конструкція сопла, заповнення камери розпилення захисним газом та додавання відповідних антиоксидантів, можуть ефективно контролювати вміст кисню на низьких рівнях (для багатьох сплавів нижче 500 ppm), задовольняючи потреби більшості застосувань.

4. Значна перевага у виробничих витратах: Порівняно з газовим розпиленням з використанням дорогих інертних газів, вартість води майже незначна. Інвестиції в обладнання та експлуатаційне споживання енергії також зазвичай нижчі, ніж для газового розпилювального обладнання еквівалентної потужності, що пропонує економічну доцільність для великомасштабного промислового виробництва.

5. Широка адаптація до матеріалів: підходить для виробництва порошків від сплавів на основі заліза, нікелю, кобальту до мідних сплавів, алюмінієвих сплавів, олов'яних сплавів тощо, що свідчить про високу універсальність.

5. Тіні під увагою: об'єктивний погляд на їхні виклики та обмеження

Жодна технологія не є ідеальною; розпилення води за високої температури має свої застосовні межі та труднощі, які необхідно подолати:

1. Для високоактивних металів: Для активних металів, таких як титанові сплави, тантал і ніобій, які надзвичайно схильні до окислення, ризик окислення з водного середовища залишається високим, що ускладнює виробництво порошку з наднизьким вмістом кисню (наприклад, <200 ppm). Ці матеріали наразі є сферою застосування таких технологій, як атомізація інертним газом або процес плазмообміну з обертовим електродом (PREP).

2. Явище «сателітування»: Під час розпилення деякі вже затверділі або напівзатверділі дрібні порошки можуть зіткнутися з більшими краплями та прилипати до них, утворюючи «кульки-сателіти», що може вплинути на сипучість та розподільчість порошку. Необхідно мінімізувати це шляхом оптимізації параметрів процесу.

3. Складність керування процесом: Стабільне виробництво високоякісного порошку вимагає точного керування (координація xietong:协同) десятками параметрів, таких як температура перегріву металу, тиск води, швидкість потоку води, структура сопла та контроль атмосфери, що створює високий технічний бар'єр.

4. Переробка та очищення води: Великомасштабне виробництво вимагає ефективних систем рециркуляції води та систем очищення стічних вод, що ускладнює роботу допоміжних об'єктів.

6. Висновок: Чи справді це так добре?

Відповідь: у своїй галузі знань, так, це справді дуже «добре».

Машина для виробництва металевих порошків методом водного розпилення за високої температури не має на меті замінити всі інші технології виробництва порошків. Натомість вона слугує технічним рішенням, яке досягає чудового балансу між високою ефективністю, низькою вартістю та високою якістю, що значною мірою задовольняє зростаючий ринковий попит на надтонкі сферичні металеві порошки.

Якщо вашою основною метою є виробництво надтонких порошків з таких матеріалів, як нержавіюча сталь, інструментальна сталь, високотемпературні сплави, кобальт-хромові сплави, мідні сплави, для застосування в 3D-друку, MIM, термічному напиленні тощо, і у вас є високі вимоги до контролю витрат, то технологія високотемпературного розпилення водою, безсумнівно, є дуже привабливим і конкурентоспроможним варіантом. Вона робить «опанування» виробництва надтонких металевих порошків більш можливим.

Однак, якщо ваш продукт виготовлений з титанового сплаву або інших активних металевих порошків, що потребують максимального контролю вмісту кисню для високоякісного аерокосмічного застосування, вам може знадобитися розглянути інші варіанти, такі як дорожчі технології розпилення інертним газом або плазмового розпилення.

Підсумовуючи, машина для виробництва металевих порошків методом водного розпилення за високої температури є значним досягненням у розвитку сучасної технології порошкової металургії. Вона використовує інноваційне мислення для вирішення традиційного протиріччя (maodun: маодун) між якістю та вартістю, стаючи ще одним потужним двигуном розвитку високоякісного виробництва. Під час вибору повне розуміння властивостей матеріалу, вимог до продукту, а також переваг і недоліків технології є ключем до прийняття наймудрішого рішення та справжнього «опанування» виробництва надтонких металевих порошків.