Plasma-Rotations-Elektroden-Zerstäubung, Pulverherstellungsausrüstung, Vorbereitung, Pulverherstellungssystem
Metallpulver können durch eine Vielzahl von Methoden hergestellt werden, z. B. mechanisch (Kugelmahlen, Schleifen usw.), physikalisch (Zerstäubung) und chemisch (Reduktion, Elektrolyse, Carbonyl- und Verdrängungsmethoden usw.). Um den Anforderungen der SEBM-Technologie für kugelförmige Metallpulver gerecht zu werden, wird jedoch hauptsächlich die Zerstäubung für die Herstellung von Metallpulvern verwendet, insbesondere die Wasserzerstäubung (WA), die Gaszerstäubung (GA), die Plasmazerstäubung (PA) und das Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden (PREP), um die Kosten für die Pulverherstellung zu senken.
PREP-Pulverherstellungstechnologie
Bei der Plasmadrehelektrodenzerstäubung wird der Plasmalichtbogen als Wärmequelle genutzt, um die Stirnfläche eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Metallstabs kontinuierlich zu schmelzen. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft fliegen die geschmolzenen Metalltröpfchen heraus und verfestigen sich unter dem Kühleffekt des Inertgases (Argon oder Helium) rasch zu einem kugelförmigen Metallpulver. Im Vergleich zur Wasserzerstäubung und zur Gaszerstäubung hat die Plasmadrehelektrodenzerstäubungsmethode eine geringere Abkühlungsrate und erzeugt Pulver mit hoher Sphärizität, guter Fließfähigkeit, geringem Sauerstoffgehalt und sehr wenigen Hohl- und Satellitenpulvern. Das hergestellte Pulver ist rein, da eine Verunreinigung des Tiegels vermieden wird. Darüber hinaus weist das mit dieser Methode hergestellte Pulver eine enge Partikelgrößenverteilung auf.
Status des Antrags
Die PREP-Pulvertechnologie wurde erstmals von der Nuclear Metals Corporation in den USA entwickelt und 1963 zum Patent angemeldet. 1974 ersetzte der Plasmabrenner den Wolfram-Elektroden-Lichtbogen als Wärmequelle, und es wurde die Plasma-Rotations-Elektroden-Zerstäubungsmethode (PREP) entwickelt.
Im Jahr 1974 ersetzte der Plasmabrenner den Wolfram-Elektroden-Lichtbogen als Wärmequelle, und das Plasma-Rotations-Elektroden-Zerstäubungsverfahren (PREP) war geboren. Im Jahr 1983 konzipierte und entwickelte das Institut für Pulvermetallurgie des Northwest Institute of Non-ferrous Metals die erste PREP-Anlage in China, und in der Folge führten auch eine Reihe chinesischer Unternehmen und Institutionen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu dieser Technologie durch. Die PREP-Methode hat als Zentrifugalzerstäubungsmethode im Vergleich zu anderen Methoden die Vorteile einer guten Sphärizität, einer hohen Schwingungsdichte, einer guten Fließfähigkeit, eines geringen Gasgehalts und einer engen Partikelgrößenverteilung. In den mehr als 40 Jahren ihrer Entwicklung hat sich die Plasmadrehelektroden-Zerstäubungsmethode in Bezug auf die Verbesserung der Ausrüstung, die Prozesssteuerung und die Pulverqualität rasch weiterentwickelt und ist zu einer unverzichtbaren Methode für die Herstellung kugelförmiger Metallpulver geworden.
PREP-Anlagen bestehen in der Regel aus einem Vakuumsystem, einem Gassystem, einem Kühlsystem, einem Stromversorgungssystem, einem Plasmagenerator, einer Zuführungsvorrichtung, einer Zerstäubungskammer und einem Auffangsystem.
Zufuhrvorrichtung, Zerstäubungskammer und Sammelsystem. Das Inertgas, in der Regel Argon, Helium oder eine Mischung aus Argon und Helium, schützt und kühlt das Pulver während des Zerstäubungsprozesses und ist der Schlüssel zu seiner Qualität. In russischen Pulverfabriken wird das Verhältnis von Helium zu Argon in der Regel auf 4:1 eingestellt.
Der Plasmabrenner arbeitet in der Regel in zwei Betriebsarten, dem Übertragungslichtbogenmodus und dem Nicht-Übertragungslichtbogenmodus. Die russische Ausrüstung verwendet meist den Nicht-Übertragungslichtbogenmodus, d.h. der Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und der Düse erzeugt. Xi’an Sailong Metals verwendet die Transferlichtbogen-Betriebsart, die es ermöglicht, mehr Wärme auf das Stangenmaterial zu übertragen, wodurch die Schmelzrate an der Stirnseite des Stangenmaterials erhöht und die Produktionseffizienz verbessert wird.
In den letzten Jahren hat Xi’an Sailong Metals die erste vertikale Industriequalität SLPA-V entwickelt. PREP-Maschine der Welt. Diese Maschine hat eine vertikale Elektrodenanordnung, die Vibrationen während des Betriebs reduziert, die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht und eine stabile Produktion von hochwertigem Pulver gewährleistet.
Darüber hinaus eignet sich die SLPA-D Tisch-Plasma-Rotationszerstäubungsanlage mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von bis zu 60.000 U/min für die Entwicklung und Produktion von hochwertigen sphärischen Metallpulvern in kleinen Chargen und in vielen Varianten. Die industrietaugliche SLPA-H PREP-Maschine verfügt über eine neue dynamische Dichtungsstruktur, die die Hochgeschwindigkeitsrotation von Elektrodenstäben mit großem Durchmesser unterstützen kann. Das neue drehmomentstarke, hochtourige Elektrodenrotations- und Stromversorgungssystem kann für die Entwicklung und Produktion von Φ75 mm-Elektroden bei 13.000 bis 18.000 U/min verwendet werden.
Das neue Antriebs- und Stromversorgungssystem für die Stangenrotation mit hohem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit ermöglicht den normalen Betrieb der Φ75 mm Stange bei 13.000-18.000 U/min und eine stabile Stromversorgung bei hohen Strömen von 3000 A.
Partikelgröße des PREP-Metallpulvers
Die Partikelgröße des Pulvers und ihre Verteilung ist einer der wichtigsten Punkte für die späteren Anwendungen und beeinflusst oft die Pulvereigenschaften und letztlich die Qualität des Formteils. Daher sollten die Parameter des PREP-Prozesses so festgelegt werden, dass die Partikelgrößenverteilung möglichst im gewünschten Bereich liegt.
Im Allgemeinen sind die wichtigsten Prozessparameter, die die Partikelgrößenverteilung des Pulvers beeinflussen, das Material des Elektrodenstabs, die Drehgeschwindigkeit des Elektrodenstabs, der Stabdurchmesser, die Leistung der Plasmapistole, die Vorschubgeschwindigkeit, der Abstand zwischen der Plasmapistole und dem Stab, der Plasmagasstrom, usw. Bei der Herstellung von PREP-Pulver werden die Tröpfchen herausgeschleudert, wenn die Zentrifugalkraft größer ist als die Oberflächenspannung; daher kann eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Elektrodenstabs oder eine Vergrößerung des Elektrodenstabdurchmessers zur Erhöhung der Zentrifugalkraft die Pulverteilchengröße verringern. Außerdem sollte die Schmelzleistung an der Stirnseite des Stabes möglichst gleich der Vorschubleistung sein. Ist die Schmelzgeschwindigkeit größer als die Vorschubgeschwindigkeit, kommt es zu Lichtbogenbrüchen, ist die Vorschubgeschwindigkeit größer als die Schmelzgeschwindigkeit, kommt es zu einem schlechten Schmelzverhalten, was zu fliegenden Kanten und anderen Problemen führt. Der Abstand zwischen der Plasmapistole und der Stange beeinflusst die Überhitzung des Pulvers, und der Plasmagasstrom wirkt sich auf die Kühlwirkung aus. Es hat sich gezeigt, dass die durchschnittliche Teilchengröße des Pulvers hauptsächlich mit dem Stab zusammenhängt
Je größer die Stangengeschwindigkeit oder der Stangendurchmesser, desto feiner ist das Pulver, wenn das Material eine bestimmte Größe hat, während die Partikelgrößenverteilung mit der Stangengeschwindigkeit, der Stromstärke und dem Abstand zwischen der Plasmapistole und dem Ende der Stange usw. zusammenhängt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit, eine Verringerung des Stroms oder des Abstands zwischen der Plasmapistole und dem Ende der Stange führt zu einer Verengung der Partikelgrößenverteilungskurve.
Wenn es sich um unterschiedliche Materialien handelt, hängen die durchschnittliche Partikelgröße und ihre Verteilung häufig mit Faktoren wie der Dichte und Oberflächenspannung des Materials zusammen.
PREP-Pulverherstellung und Anwendung
Die Entwicklung der PREP-Technologie hat es ermöglicht, eine zunehmende Zahl neuer Werkstoffpulver herzustellen. Dabei handelt es sich um Titanlegierungen, Stahl 1018, Stahl mit hohem Stickstoffgehalt, Ni-Ti-Fe, Inconel 718, FGH95, Ti, TiNb usw.
Die meisten der von Xi’an Sailong hergestellten Pulver sind Titanlegierungspulver, Hochtemperaturlegierungspulver und Edelstahlpulver.
Bisher wurden Pulver aus Titanlegierungen, Pulver aus Hochtemperaturlegierungen auf Kobaltbasis, Pulver aus Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis, Pulver aus hochschmelzenden Metallen (z. B. W, Mo, Ta, Nb und deren Legierungen), Pulver aus rostfreiem Stahl, Pulver aus Aluminiumlegierungen und Pulver aus Silberlegierungen usw. hergestellt. Die Pulver werden nach der Herstellung oder dem heißisostatischen Pressen in der Luft- und Raumfahrt, im Maschinenbau und in der Biomedizin eingesetzt.