가스 분무는 입자 크기와 분포가 정밀한 미세 금속 분말을 생산하는 데 사용되는 산업 공정입니다. 이 공정은 금속을 녹이고 고속 가스 분사를 사용하여 용융 스트림을 미세한 방울로 분해하는 과정을 포함합니다. 이 방울은 이상적인 구형 형태의 분말 입자로 빠르게 응고됩니다.
개요 가스 분무 프로세스
가스 분무란 무엇인가요?
가스 분무는 가압 가스 분사를 사용하여 용융 금속 스트림을 미세한 방울로 분해하는 재료 가공 기술입니다. 액적은 분무 챔버를 통과하면서 크기 분포가 제어된 구형 분말 입자로 빠르게 응고됩니다.
가스 분무는 어떻게 작동하나요?
가스 분무의 핵심 단계는 다음과 같습니다:
- 금속 전하를 도가니 또는 유도 용광로에서 액체 이상의 온도로 녹입니다.
- 액체 금속 스트림은 툰디쉬를 통해 주입 튜브로 흐릅니다.
- 고속 불활성 가스 제트가 금속 스트림에 충돌하여 금속을 물방울로 분해합니다.
- 물방울이 냉각 기둥을 통과하여 분말 입자로 응고됩니다.
- 분말은 챔버 바닥에 수집됩니다.
가스 분무의 장점은 무엇인가요?
다른 분무 방식과 비교했을 때 주요 이점은 다음과 같습니다:
- 적층 가공에 이상적인 고구형 분말 생성
- 더 작은 파우더 크기와 더 좁은 분포 달성
- 더 깨끗하고 에너지 효율적인 환경
- 파우더 특성 제어 향상
- 반응성 합금 및 고온 금속에 적용 가능
가스 분무가 가능한 재료에는 어떤 것이 있나요?
다음을 포함하여 다양한 합금을 기체 분무할 수 있습니다:
- 티타늄 합금
- 니켈 초합금
- 코발트 초합금
- 공구강
- 스테인리스 스틸
- 구리 합금
- 알루미늄 합금
- 마그네슘 합금
- 내화성 금속
적절한 용융 특성을 가진 거의 모든 금속을 가스 분무하여 분말로 만들 수 있습니다.
어떻게 가스 분무 프로세스 일?
가스 분무 시스템 구성 요소
가스 분무 시스템에는 다음과 같은 주요 구성 요소가 있습니다:
- 용융 단위 &8211; 일반적으로 금속 전하를 녹이기 위해 유도 가열 도가니 또는 용광로를 사용합니다.
- 툰디쉬 &8211; 액체 금속을 주입 튜브에 공급하는 중간 주입 용기입니다.
- 튜브용 금속 스트림의 원활한 층류를 위해 특별히 설계된 튜브 &8211; 금속 스트림의 원활한 층류를 위해 특별히 설계된 튜브
- 가스 제트 &8211; 용융물을 미세한 물방울로 분무하는 고속 노즐
- 드롭 튜브/쿨링 칼럼 물방울이 가루로 굳어지는 챔버
- 파우더 수집 시스템 &8211; 분무된 분말을 모으는 사이클론 및 필터
- 배기 시스템 &8211; 사용한 분무 가스를 안전하게 제거하기 위해
원자화 프로세스의 단계별 작동 방식
- 금속 전하가 도가니에서 액체 온도 이상으로 유도 용해됩니다.
- 용융 금속이 도가니에서 툰디쉬 용기로 흘러 들어갑니다.
- 툰디쉬는 밀폐된 주입 튜브로의 흐름을 제어하고 안정화합니다.
- 가압된 불활성 가스가 음속으로 제트를 통해 강제 분사됩니다.
- 가스 제트가 액체 흐름에 충돌하여 액체를 물방울로 깎아냅니다.
- 물방울이 냉각 컬럼을 통해 떨어지면서 빠르게 분말로 응고됩니다.
- 사이클론과 필터를 사용하여 분말 입자를 기체에서 분리합니다.
- 댐퍼를 통해 고속 가스를 배출하여 안전하게 감압
요약하면, 제어된 용융 금속 흐름이 고속 가스 제트를 만나 균일한 크기의 방울로 분해되어 구형 분말 입자로 응고되는 것입니다.
가스 분무와 다른 분무 방법 비교
가스 분무는 물 분무와 어떻게 다른가요?
- 가스 분무는 용융물을 분해하기 위해 물이 아닌 가스 분사를 사용합니다.
- 더 작은 입자 크기와 더 좁은 분포 달성
- 더 깨끗하고 에너지 효율적인 환경
- 파우더 모양 제어 향상, 위성 감소
- 수분 증발 제한의 제약을 받지 않음
가스 분무는 회전 전극 공정과 어떻게 다른가요?
- 원심력이 아닌 가스 제트를 사용하여 분무합니다.
- 더 높은 융점 합금 수용 가능
- 용융과 분무가 분리되어 더 나은 제어가 가능합니다.
- 더 작은 입자 크기로 더 높은 수율 달성
- 저렴한 비용의 분무 챔버/유닛
가스 분무는 플라즈마 분무와 어떻게 다릅니까?
- 플라즈마 또는 전기 아크 가열을 사용하지 않습니다.
- 미세 구조에 영향을 미치는 낮은 온도에서 작동합니다.
- 더 많은 상업용 합금 및 금속을 분무할 수 있는 능력
- 자본 및 운영 비용 절감
- 대량 생산량으로의 손쉬운 확장
요약하면, 가스 분무는 물 분무보다 미세한 분말을 생산할 수 있고, 용융점이 높은 합금을 처리할 수 있으며, 플라즈마 분무보다 상업적으로 더 실현 가능성이 높습니다.
가스 분무 공정으로 분무된 금속 및 합금
티타늄 합금
- TI-6AL-4V
- Ti 6242
- Ti 64
항공우주, 의료용 임플란트, 자동차 등의 애플리케이션
니켈 초합금
- 인코넬 718
- 인코넬 625
- 르네 80
- 와스팔로이
가스 터빈, 로켓 엔진, 발전 분야의 애플리케이션.
코발트 초합금
- 스텔라 21
- 헤인즈 25
- 헤인즈 188
바이오메디컬, 항공우주, 자동차, 툴링 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
공구 및 스테인리스 스틸
- H13 공구강
- 420 스테인리스 스틸
- 17-4PH 강수량 경화 스테인리스 스틸
사출 성형, 절삭 공구, 정밀 부품에 적용됩니다.
구리 합금
- 황동 합금
- 청동 합금
전기 접점, 베어링, 건축 분야의 애플리케이션.
알루미늄 합금
- Al 6061
- Al 7075
항공우주, 자동차 및 건축용 구조 부품.
마그네슘 합금
- AZ91D
- ZK60A
- WE43
경량화를 활용하는 애플리케이션.
내화성 금속
- 텅스텐
- 탄탈륨
- 몰리브덴
발열체, 방사선 차폐, 내식성.
유도 용융이 가능한 거의 모든 금속을 제어된 특성을 가진 구형 분말 입자로 가스 분무할 수 있습니다.
가스 분무 금속 분말 특성
파우더 모양
- 고도로 구형화된 입자 형태
- 드물거나 최소한의 위성
- AM 가공에 적합한 유동성 형상
분말 크기 분포
- 10 &8211; 150 미크론 범위의 질량 중앙값 입자 크기
- 좁은 입자 크기 분포
- 특정 사이즈 컷으로 분류/선별하는 기능
- d10, d50, d90과 같은 메트릭으로 정량화 가능
분말 순도
- 최적화된 설계로 산소 흡수를 최소화할 수 있습니다.
- 기본 재료 청결도에 따른 기타 불순물
파우더 밀도
- 거의 완전 밀도 파우더(95%)
- AM 증착 시 우수한 패킹 및 확산 가능
분말 흐름 특성
- 구형 구조로 우수한 파우더 흐름 제공
- 홀 흐름 및 하우즈너 비율 테스트 지원
요약하면, 가스 분무 분말은 구형, 좁은 크기 분포, 고순도 및 밀도를 가지며 적층 제조 공정에 이상적인 유동 특성을 가지고 있습니다.
가스 분무 금속 분말의 응용 분야 및 이점
적층 제조
- 적층 제조에 최적화된 정밀한 구형 분말 제공
- 증착 시 우수한 패킹 및 확산 달성
- 바인더 제팅, DED, PBF 및 기타 AM 공정에 적합
- 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금 등과 같은 금속 전반에 걸쳐 사용됩니다.
금속 사출 성형(MIM)
- 미세 가스 분무 분말을 사용한 바인더 혼합 및 성형 가능
- 원료 설계 및 배합에 유연성 제공
- 작고 복잡한 그물 모양의 금속 부품 생산에 사용
용사 코팅
- 원하는 구형 형태 제공
- 다양한 스프레이 공정에 최적화된 크기 분포
- 미세 가스 분무 공급 원료로 코팅 특성 개선
열간 등방성 프레스(HIP)
- 적층 제조를 통해 생산된 그물 모양에 가까운 HIP 캡슐
- 균일한 미세 입자 미세 구조로 기계적 특성 개선
다른 분무 방식에 비해 가스 분무 분말은 다양한 금속 및 합금의 특수 분말 기반 제조 기술에 가장 적합한 특성을 제공합니다.
가스 분무 시스템 설계 파라미터
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 댓글 |
|---|---|---|
| 가스 압력 | 15 &8211; 50 바 | 높은 압력으로 분무 개선 |
| 가스 유량 | 0.5 – 5 kg/s | 노즐의 금속 유량과 일치 |
| 멜트 슈퍼히트 | 100 – 500°C | 점도/표면 장력에 영향을 미칩니다. |
| 노즐 디자인 | 닫기/열기 결합 | 쏟아지는 스트림 안정성에 영향을 미칩니다. |
| 드롭 높이 | 2 – 10 m | 더 긴 높이로 냉각 성능 향상 |
| 컬렉터 사이클론 직경 | 1 – 3 m | 사이클론이 클수록 효율이 높습니다. |
최종 분말 특성을 결정하는 주요 가스 분무 설계 파라미터는 용융 스트림과 상호작용하는 가스 분사 특성, 드롭 튜브 치수 및 분말 분리 장비 크기와 관련이 있습니다.
산업용 가스 분무 장비 공급업체
| 회사 | 위치 | 원자화된 금속 | 용량 범위 |
|---|---|---|---|
| AP&C | 캐나다 | Ti, Ni, 합금 | 10 &8211; 10,000kg/년 |
| ALD 진공 기술 | 독일 | Ti, Ni, 초합금 | 100 &8211; 4,000kg/년 |
| 파이로제네시스 | 캐나다 | Ti, Al, Cu | 35 &8211; 2,000kg/배치 |
| TLS 기술 | 독일 | 공구강, 니켈 합금 | 50 &8211; 500kg/배치 |
| 가스바레 제품 Inc. | 미국 | 맞춤형 합금 및 금속 | 10 &8211; 시간당 1,000파운드 |
다양한 금속과 합금을 처리할 수 있는 다양한 생산량으로 가스 분무 시스템을 설계하고 설치하는 회사가 많이 있습니다.
가스 분무 금속 분말의 비용 분석
| 합금 | 분말 크기(미크론) | kg당 비용 |
|---|---|---|
| TI-6AL-4V | -45 +11 | $60 |
| 인코넬 718 | -22 +5 | $55 |
| 316L 스테인리스 스틸 | -75 +25 | $25 |
| AlSi10Mg | 15-45 | $35 |
가스 분무 분말의 비용은 합금 구성, 분말 입자 크기 분포, 주문 수량, 시장 수요 역학에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 소량으로 구매하는 -45 +11 미크론 분말의 경우 Ti-6Al-4V의 가격은 약 $60/Kg입니다. 주문량이 많은 맞춤형 가스 분무의 경우 비용이 더 낮을 수 있습니다.
가스 분무의 장단점
장점
- 고도로 구형의 유동성 분말 생성
- 50미크론 미만의 입자 크기 달성
- 좁은 입자 크기 분포
- 깨끗하고 에너지 효율적인 프로세스
- 환경 친화적
- 다양한 합금에 적용 가능
- 대규모 생산량으로 확장
제한 사항
- 고자본 장비 투자
- 전문적인 운영 전문성 필요
- 비용 분석에 대한 제한된 공개 데이터
- 승인된 구매자로만 액세스 제한
- 분말의 경우 후처리가 필요할 수 있습니다.
요약하면, 가스 원자화는 야금학적 및 입자 형태학적으로 상당한 이점을 제공하지만 자본 비용과 독점 시스템으로 인한 접근 장벽이 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 가스 분무로 달성할 수 있는 가장 작은 입자 크기는 얼마입니까?
A: 최적화된 노즐과 초고속 가스 속도를 사용하면 가스 분무로 5-10미크론까지 분말 크기를 얻을 수 있습니다. 그러나 더 일반적인 범위는 20-150미크론입니다.
Q: 가스 분무로 금속을 혼합하거나 합금할 수 있나요?
A: 예, 맞춤형 합금 조성물을 도가니에서 녹여 맞춤형 조성을 가진 복합 분말로 분무할 수 있습니다.
Q: 가스 분무 분말의 입자 크기 분포에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?
A: 주요 요소는 용융 스트림 안정성, 과열 수준, 가스 압력 및 스트림과 상호작용하는 제트 노즐의 설계입니다.
Q: 가스 분무 분말은 한 배치에서 다음 배치까지 얼마나 반복 가능하고 일관성이 있습니까?
A: 표준화된 절차와 검증된 장비를 사용하면 동일한 매개변수 설정에 대한 배치 간 일관성이 매우 높습니다.
Q: 산업용 가스 분무기의 일반적인 생산 능력은 얼마입니까?
A: 생산 능력은 소규모 실험실 규모의 경우 시간당 10kg부터 최대 생산 금속 분말 분무기의 경우 시간당 1000kg 이상까지 다양합니다.
Q: 가스 분무 분말에는 어떤 유형의 후처리가 수행되나요?
A: 일반적인 후처리에는 용존 가스의 가스 제거, 분말 체질/분류, 혼합, 포장 및 비파괴 테스트가 포함됩니다.