ما هو نظام صنع مسحوق التفتيت الكهربائي للدوران بالبلازما؟

التفتيت الكهربائي للدوران بالبلازما ، معدات صنع المسحوق ، الإعدادية ، نظام صنع المسحوق

يمكن تحضير مساحيق المعادن بعدة طرق ، مثل الميكانيكية (الطحن بالكرات ، الطحن ، إلخ) ، الفيزيائية (الانحلال) والكيميائية (الاختزال ، التحليل الكهربائي ، طرق الكربونيل والإزاحة ، إلخ). ومع ذلك ، لتلبية متطلبات تقنية SEBM لمساحيق المعادن الكروية ، فإن الانحلال هو الطريقة الرئيسية المستخدمة لإعداد مساحيق المعادن ، وتحديداً انحلال الماء ، WA ، انحلال الغاز ، GA ، الانحلال بالبلازما ، PA وعملية القطب الكهربائي الدوارة بالبلازما ، PREP. المعالجة ، الإعداد المسبق ، وأحيانًا Hydride-dehydride ، HDH ، من أجل تقليل تكلفة تحضير المسحوق.

PREP Powder- تقنية صنع المسحوق

تستخدم طريقة الانحلال الكهربائي للدوران بالبلازما قوس البلازما كمصدر للحرارة لإذابة الوجه النهائي لشريط معدني دوار عالي السرعة ، تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، تتطاير قطرات المعدن المنصهر وتتصلب بسرعة تحت تأثير التبريد لـ غاز خامل (أرجون أو هيليوم) لتكوين مسحوق معدني كروي. بالمقارنة مع الانحلال المائي وترذيذ الغاز ، فإن طريقة الانحلال الكهربائي للبلازما لديها معدل تبريد أقل وتنتج مساحيق ذات كروية عالية وسيولة جيدة ومحتوى أكسجين منخفض وعدد قليل جدًا من المساحيق المجوفة والأقمار الصناعية. المسحوق المحضر نقي حيث يتم تجنب تلوث البوتقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المسحوق المحضر بهذه الطريقة له توزيع ضيق لحجم الجسيمات.

حالة التطبيق

تم تطوير تقنية مسحوق PREP لأول مرة من قبل شركة المعادن النووية في الولايات المتحدة الأمريكية وتم تسجيلها في براءة اختراع في عام 1963 ، وفي عام 1974 ، حلت شعلة البلازما محل قوس التنغستن الكهربائي كمصدر للحرارة وتم تطوير طريقة الانحلال الكهربائي للقطب الكهربائي (PREP).

في عام 1974 ، حلت شعلة البلازما محل قوس قطب التنغستن كمصدر للحرارة وولدت طريقة الانحلال الكهربائي للقطب الدوار بالبلازما (PREP). في عام 1983 ، قام معهد ميتالورجيا المساحيق التابع لمعهد الشمال الغربي للمعادن غير الحديدية بتصميم وتطوير أول معدات PREP في الصين ، وبعد ذلك ، قام عدد من الشركات والمؤسسات الصينية أيضًا بإجراء بحث وتطوير على هذه التكنولوجيا. تتميز طريقة PREP ، باعتبارها طريقة الانحلال بالطرد المركزي ، بمزايا كروية جيدة ، وكثافة عالية للحيوية ، وقابلية جيدة للتدفق ، ومحتوى غازي منخفض وتوزيع حجم جسيم ضيق مقارنة بالطرق الأخرى. مع أكثر من 40 عامًا من التطوير ، تم تطوير طريقة الانحلال الكهربائي للبلازما بسرعة من حيث تحسين المعدات والتحكم في العملية وجودة المسحوق ، وأصبحت طريقة لا غنى عنها لإعداد مساحيق معدنية كروية.

تتكون معدات PREP عادةً من نظام تفريغ ونظام غاز ونظام تبريد ونظام إمداد بالطاقة ومولد بلازما وجهاز تغذية وغرفة ترذيذ ونظام تجميع.

جهاز التغذية وغرفة الترذيذ ونظام التجميع. الغاز الخامل ، عادة الأرجون أو الهيليوم أو خليط من الأرجون والهيليوم ، يحمي ويبرد المسحوق أثناء عملية الانحلال وهو مفتاح جودته. عادةً ما تحدد منشآت إنتاج المسحوق الروسية نسبة الهيليوم إلى الأرجون عند 4: 1.

تعمل شعلة البلازما عادة في وضعين ، وضع قوس النقل ووضع قوس غير النقل ، تستخدم المعدات الروسية في الغالب وضع قوس غير متحرك ، أي يتم إنشاء القوس بين القطب الكهربائي والفوهة. تستخدم Xi'an Sailong Metals طريقة تشغيل قوس النقل ، والتي تسمح بنقل المزيد من الحرارة إلى مخزون القضبان ، مما يزيد من معدل انصهار الواجهة النهائية لمخزون القضبان ويحسن كفاءة الإنتاج.

في السنوات الأخيرة ، طورت Xi'an Sailong Metals أول درجة صناعية عمودية SLPA-V آلة الإعدادية في العالم. تتميز هذه الآلة بهيكل وضع قضيب قطب كهربائي عمودي ، مما يقلل الاهتزاز أثناء التشغيل ، ويزيد من سرعة العمل ويضمن إنتاجًا مستقرًا للمسحوق عالي الجودة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن محطة الانحلال الكهربائي للقطب الكهربائي البلازمية المنضدية SLPA-D مع سرعة عمل تصل إلى 60.000 دورة في الدقيقة مناسبة لتطوير وإنتاج مساحيق معدنية كروية عالية الجودة على دفعات صغيرة وفي العديد من الأصناف. تتميز ماكينة PREP SLPA-H الصناعية بهيكل ختم ديناميكي جديد ، والذي يمكن أن يوفر دعمًا للطاقة للدوران عالي السرعة لقضبان الأقطاب الكهربائية ذات القطر الكبير. يمكن استخدام نظام الإمداد بالطاقة الجديد وعزم الدوران العالي وعزم الدوران العالي ونظام الإمداد بالطاقة لتطوير وإنتاج أقطاب كهربائية 75 مم عند 13000 إلى 18000 دورة في الدقيقة.

يتيح محرك الدوران الجديد عالي السرعة وعزم الدوران ونظام إمداد الطاقة التشغيل العادي للقضيب 75 مم عند 13000-18000 دورة / دقيقة وإمداد طاقة مستقر عند تيارات عالية تبلغ 3000 أمبير.

حجم حبيبات مسحوق المعدن PREP

يعد حجم جسيم المسحوق وتوزيعه أحد أهم الاهتمامات للتطبيقات اللاحقة وغالبًا ما يؤثر على خصائص المسحوق وفي النهاية جودة الجزء المكون ، لذلك يجب تحديد معلمات عملية PREP بشكل معقول بحيث يكمن توزيع حجم الجسيمات قدر الإمكان ضمن النطاق المطلوب.

بشكل عام ، معلمات العملية الرئيسية التي تؤثر على توزيع حجم الجسيمات للمسحوق هي مادة قضيب القطب ، وسرعة دوران شريط القطب ، وقطر الشريط ، وقوة مسدس البلازما ، ومعدل التغذية ، والمسافة بين مسدس البلازما والبار ، تدفق غاز البلازما ، إلخ. في عملية صنع مسحوق PREP ، يتم التخلص من القطرات عندما تكون قوة الطرد المركزي أكبر من التوتر السطحي ، وبالتالي ، فإن زيادة سرعة دوران قضيب القطب أو زيادة قطر قضيب القطب لزيادة قوة الطرد المركزي يمكن جعل حجم جزيئات المسحوق أصغر. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون معدل الانصهار في الواجهة النهائية للشريط مساويًا قدر الإمكان لمعدل التغذية. إذا كان معدل الانصهار أكبر من معدل التغذية ، فسيحدث كسر القوس ، وإذا كان معدل التغذية أكبر من معدل الانصهار ، فسيحدث ذوبان ضعيف ، مما يؤدي إلى تشكيل حواف متطايرة ومشاكل أخرى. ستؤثر المسافة بين مسدس البلازما والبار على ارتفاع درجة حرارة المسحوق وسيكون لتدفق غاز البلازما تأثير على تأثير التبريد. لقد وجد أن متوسط حجم جزيئات المسحوق يرتبط بشكل أساسي بالشريط

كلما زادت سرعة الشريط أو قطره ، كلما كان المسحوق أدق عندما تكون المادة بحجم معين ، بينما يرتبط توزيع حجم الجسيمات بسرعة الشريط والتيار والمسافة بين مسدس البلازما ونهاية الشريط ، ستؤدي زيادة السرعة وتقليل التيار أو المسافة بين مسدس البلازما ونهاية الشريط إلى تضييق منحنى توزيع حجم الجسيمات.

عندما تختلف المواد ، غالبًا ما يرتبط متوسط حجم الجسيمات وتوزيعها بعوامل مثل الكثافة والتوتر السطحي للمادة.

صنع مسحوق PREP وتطبيقه

لقد أتاح تطوير تقنية PREP إمكانية تحضير عدد متزايد من مساحيق المواد الجديدة. أنواع المساحيق المعنية هي سبائك التيتانيوم ، 1018 فولاذ ، فولاذ عالي النيتروجين ، Ni-Ti-Fe ، Inconel 718 ، FGH95 ، Ti ، TiNb ، إلخ.

معظم المساحيق التي تنتجها Xi'an Sailong هي مسحوق سبائك التيتانيوم ، ومسحوق سبائك درجة الحرارة العالية ومسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ.

   حتى الآن ، مسحوق سبائك التيتانيوم ، ومسحوق السبائك عالية الحرارة القائمة على الكوبالت ، ومسحوق السبائك عالية الحرارة القائمة على النيكل ، ومسحوق المعادن المقاومة للصهر (مثل W و Mo Ta و Nb وسبائكها) ومسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ ومسحوق سبائك الألومنيوم والفضة مسحوق السبائك ، وما إلى ذلك ، والمسحوق له أداء ممتاز ويمكن إنتاجه بعد استخدام المساحيق على نطاق واسع في الفضاء والآلات والمجالات الطبية الحيوية بعد تصنيعها أو الضغط عليها بشكل متساوي.

Additional FAQs: Plasma Rotating Electrode Atomizing Powder Making System

1) How does Plasma Rotating Electrode Atomizing (PREP) differ from gas/plasma atomization?

• PREP melts the end of a rapidly rotating electrode bar with a plasma arc; centrifugal force ejects droplets that solidify into highly spherical powder. It avoids crucibles/nozzles, reducing contamination and satellites versus gas atomization, yielding narrower PSD and lower O/N pickup.

2) What alloys are best suited for PREP?

• Reactive and high‑purity alloys such as titanium and Ti alloys (Ti‑6Al‑4V/ELI), Ni‑based superalloys (IN718, FGH95), CoCr, stainless steels, and refractory metals (Ta, Nb, Mo, W). Electrode‑manufacturable alloys with adequate ductility and cleanliness perform best.

3) Which PREP parameters most influence particle size distribution (PSD)?

• Rod rotation speed and diameter (centrifugal force), plasma arc power/current, stand‑off distance plasma‑to‑rod, electrode feed rate (match melt rate), and plasma gas composition/flow (cooling). Higher speed or larger rod diameter generally produces finer powders; shorter stand‑off and lower current can narrow PSD.

4) What typical quality metrics should buyers request for PREP powder?

• Sphericity (>0.93 typical for PREP), satellites (<1–2% by count), hollow particle fraction (<0.5%), oxygen/nitrogen/hydrogen (per alloy spec), apparent/tap density, Hall flow, PSD (e.g., 15–45 µm for LPBF), inclusion analysis, and SEM imagery with ISO 13322‑1 image analysis.

5) Is PREP cost‑competitive for AM feedstock?

• For high‑purity/reactive alloys, PREP often commands a premium vs. gas atomization but can deliver higher AM yield (flowability, lower defects) and reduced post‑processing, lowering total cost of quality for critical aerospace/medical parts.

2025 Industry Trends: Plasma Rotating Electrode Atomizing Powder

• Higher throughput, lower oxygen: Adoption of transfer‑arc torches and inert closed transfer has reduced O content by 10–20% vs. 2023 baselines at similar energy input.
• Vertical PREP platforms: Vertical bar orientation machines reduce vibration at high RPM, enabling finer PSD windows for LPBF (15–45 µm) with fewer satellites.
• Helium‑lean mixes: Argon‑dominant gas with targeted He bursts during start/stop events cuts gas cost while preserving sphericity for Ti alloys.
• Digital powder passports: Lot genealogy now logs electrode heat, RPM profiles, arc power, gas composition, and inline O/N—becoming a qualification requirement.
• Expanded materials: Beta‑Ti and high‑nitrogen stainless grades via nitrogen‑controlled PREP for tailored properties.

2025 Snapshot: PREP Powder KPIs (Indicative)

KPI	2023	2024	2025 YTD (Aug)	الملاحظات
Sphericity (mean, Ti‑6Al‑4V)	0.92–0.94	0.93–0.95	0.94–0.96	Image analysis per ISO 13322‑1
Hollow particle fraction (%)	0.5–1.0	0.3–0.8	0.2–0.5	Optimized RPM/stand‑off
Satellites (count %)	2–4	1–3	0.8–2	Improved cooling profiles
Oxygen in Ti‑6Al‑4V powder (wt%)	≤0.15	≤0.14	≤0.13 (ELI ≤0.12)	Inert pack‑out, seals
AM‑grade yield (15–45 µm, %)	28–34	30–36	32–40	Tighter sieving/controls
Energy per kg powder (kWh/kg)	9–12	8–11	7–10	Transfer‑arc efficiency
Lead time (weeks)	6–10	5–9	5–8	Added capacity

Sources:

• ISO/ASTM 52907 (metal powder feedstock) and 52904 (LPBF of metals): https://www.iso.org
• ASTM E1019/E1409/E1447 for O/N/H; B212/B213/B214 for flow/density: https://www.astm.org
• NIST AM‑Bench powder metrology: https://www.nist.gov/ambench
• OEM and application notes from PREP/atomizer vendors and aerospace/medical specifications

Latest Research Cases

Case Study 1: Vertical PREP for Low‑Oxygen Ti‑6Al‑4V ELI AM Powder (2025)
Background: A medical implant producer needed lower oxygen and fewer satellites to meet fatigue targets for porous EBM acetabular cups.
Solution: Deployed vertical PREP with transfer‑arc mode, argon‑dominant shielding and He pulses at ignition; implemented closed, inert powder transfer and inline oxygen analysis; tuned RPM and stand‑off to target 15–45 µm.
Results: O reduced from 0.135→0.120 wt%; satellites 2.6%→1.1%; AM‑grade yield +6 ppt; HCF life of finished parts +22% versus prior powder lot.

Case Study 2: PREP IN718 with Narrow PSD for LPBF Lattice Brackets (2024)
Background: An aerospace supplier saw layer defects from PSD tails using gas‑atomized IN718.
Solution: Switched to PREP IN718 with optimized rod diameter/RPM and multi‑deck sieving; added digital passport logging arc power and PSD by lot.
Results: Layer uniformity improved; CT porosity <0.1%; first‑pass yield +10%; powder cost +8% but total cost of quality −12% due to fewer reprints and reduced HIP rework.

Expert Opinions

• Prof. Amy J. Clarke, Professor of Metallurgy, Colorado School of Mines
• “PREP’s contamination‑free pathway and tight PSD control make it attractive for reactive alloys where fatigue scatter is oxygen‑driven.”
• Dr. Brandon A. Lane, Additive Manufacturing Metrologist, NIST
• “Linking PREP process telemetry—RPM, arc power, gas composition—to powder passports is closing the loop between feedstock and build quality.”
• Katarina Nilsson, VP Technology, Quintus Technologies
• “When PREP powders feed HIP’d AM parts, pore closure is more consistent thanks to fewer hollows and satellites, which lowers defect persistence.”

Practical Tools and Resources

• ISO/ASTM 52907 (requirements for metal powder feedstock), 52904 (LPBF), 52931 (polymers, for comparison): https://www.iso.org
• ASTM E1019/E1409/E1447 (O/N/H testing), B212/B213/B214/B527 (powder characterization): https://www.astm.org
• NIST AM‑Bench datasets and measurement science for powder morphology: https://www.nist.gov/ambench
• Senvol Database for machine–material mappings and supplier discovery: https://senvol.com
• Safety guidance for combustible metals (NFPA 484)
• OEM technical libraries and datasheets from leading PREP and AM powder suppliers

Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 FAQs tailored to PREP systems; introduced a 2025 KPI table with indicative metrics and sources; provided two recent PREP case studies; included expert viewpoints; compiled standards and tools/resources
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards update, major PREP OEMs release new vertical/transfer‑arc platforms, or industry tightens oxygen/satellite limits for AM‑grade powders by >10%**