Процес подрібнення розпиленням металевого порошку

Метод приготування порошку шляхом ударного розбиття металевих або сплавних рідин на дрібні краплі за допомогою швидкорухомої рідини (розпилювального середовища) з подальшим їх конденсуванням у твердий порошок. Розпилення є найкращим методом отримання повністю легованого порошку, який називається попередньо легованим порошком. Кожна частинка порошку не тільки має такий самий однорідний хімічний склад, як і даний розплавлений сплав, але й покращує кристалічну структуру завдяки швидкому затвердінню та усуває макросегрегацію другої фази.

Метод розпилення можна розділити на два види: «двопотоковий метод» (дроблення потоку рідкого сплаву потоком розпилювального середовища) та «однопотоковий метод» (дроблення потоку рідкого сплаву іншими способами). Перший поділяється на газове (гелій, туман, азот, повітря) та рідке (вода, олія) середовище розпилення, другий — це відцентрове розпилення та вакуумне розпилення розчиненого газу.

Найбільш широко використовуваними методами є газове розпилення та розпилення водою. У процесі розпилення необроблений метал розплавляється в кваліфіковану рідку сплаву (перегріту до 100 ~ 150 °C) в електричній або індукційній печі, а потім впорскується в проміжний ковш, розташований над розпилювальним соплом. Рідка сплавна речовина витікає з нижнього отвору проміжного ковша і розпилюється на дрібні краплі, коли зустрічається з високошвидкісним потоком повітря або води через сопло. Загалом, частинки порошку, розпорошені інертним газом, мають круглу форму з найнижчим вмістом кисню (нижче L00 × 10) і можуть бути перетворені на ущільнені вироби безпосередньо за допомогою методів термоформування, таких як гаряче ізостатичне пресування. Більшість частинок порошку, розпорошених водою, мають неправильну форму, високий вміст кисню (вище 600 × 10) і потребують відпалу, але вони мають добру стисливість і можуть бути сформовані холодним пресуванням, а потім спікані в механічні деталі.

Вищезгаданий метод розпилення легко впроваджувати в промисловості у великих кількостях, але оскільки рідкий сплав контактує зі шлаком та вогнетривким тиглем, неминуче потрапляння неметалевих включень до отриманого порошку. Тому, згідно з принципом ESR, шведська компанія Soderfors Powder Company спочатку замінила проміжний ковш ємністю 7 т на пристрій ESR (електрошлаковий нагрів), вміст неметалевих включень у порошку швидкорізальної сталі шляхом розпилення азоту було зменшено до 1/10 від початкового вмісту, а міцність на вигин порошку швидкорізальної сталі ASP була збільшена з 3500 МПа до понад 4000 МПа.

Заходом для повного та ефективного запобігання забрудненню оксидами є використання методу «однопотокового» розпилення, наприклад, методу розпилення обертовим електродом (див. метод обертового електрода). Крім того, існує метод вакуумного розчинення, який також може створювати високочистий сферичний порошок. Принцип полягає в тому, що коли перенасичений газом рідкий сплав під тиском раптово піддається впливу вакууму, розчинений газ виходить і розширюється, що призводить до розпилення рідкого сплаву, а потім конденсується в порошок. Для матричних сплавів нікелю, міді, кобальту, заліза та алюмінію метод розчинення водню може бути використаний для досягнення порошку вакуумного розчинення газу.