Plazma Döner Elektrot Atomize Toz Yapma Sistemi Nedir?

Plazma Döner Elektrot Atomize, toz yapma ekipmanı, hazırlık, toz yapma sistemi

Metal tozları mekanik (bilyalı öğütme, öğütme, vb.), fiziksel (atomizasyon) ve kimyasal (indirgeme, elektroliz, karbonil ve yer değiştirme yöntemleri, vb.) gibi çeşitli yöntemlerle hazırlanabilir. Bununla birlikte, küresel metal tozları için SEBM teknolojisinin gereksinimlerini karşılamak için, atomizasyon, metal tozlarının hazırlanmasında kullanılan ana yöntemdir, özellikle Su atomizasyonu, WA, Gaz atomizasyonu, GA, Plazma atomizasyonu, PA ve Plazma döner elektrot işlemi, PREP. toz hazırlama maliyetini düşürmek için işlem, PREP ve bazen Hidrit-dehidrit, HDH.

PREP Toz Yapma Teknolojisi

Plazma döner elektrot atomizasyon yöntemi, yüksek hızda dönen bir metal çubuğun uç yüzünü sürekli olarak eritmek için plazma arkını bir ısı kaynağı olarak kullanır, merkezkaç kuvvetinin etkisi altında erimiş metal damlacıkları uçar ve küresel bir metal tozu oluşturmak için inert gazın (argon veya helyum) soğutma etkisi altında hızla katılaşır. Su atomizasyonu ve gaz atomizasyonu ile karşılaştırıldığında, plazma döner elektrot atomizasyon yöntemi daha düşük bir soğutma hızına sahiptir ve yüksek küreselliğe, iyi akışkanlığa, düşük oksijen içeriğine ve çok az sayıda içi boş ve uydu tozlara sahip tozlar üretir. Krozenin kirlenmesi önlendiği için hazırlanan toz saftır. Ayrıca, bu yöntemle hazırlanan toz dar bir partikül boyutu dağılımına sahiptir.

Başvuru Durumu

PREP toz teknolojisi ilk olarak ABD'de Nuclear Metals Corporation tarafından geliştirilmiş ve 1963 yılında bir patentle rapor edilmiştir. 1974 yılında plazma torcu, ısı kaynağı olarak tungsten elektrot arkının yerini almış ve plazma döner elektrot atomizasyon (PREP) yöntemi geliştirilmiştir.

1974 yılında plazma torcu, ısı kaynağı olarak tungsten elektrot arkının yerini aldı ve plazma döner elektrot atomizasyon (PREP) yöntemi doğdu. 1983 yılında Kuzeybatı Demir Dışı Metaller Enstitüsü Toz Metalurjisi Enstitüsü Çin'deki ilk PREP ekipmanını tasarlayıp geliştirdi ve daha sonra bir dizi Çinli şirket ve kurum da bu teknoloji üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmaları yürüttü. Bir santrifüj atomizasyon yöntemi olan PREP yöntemi, diğer yöntemlere kıyasla iyi küresellik, yüksek titreşim yoğunluğu, iyi akışkanlık, düşük gaz içeriği ve dar partikül boyutu dağılımı avantajlarına sahiptir. 40 yılı aşkın bir süredir geliştirilmekte olan plazma döner elektrot atomizasyon yöntemi, ekipman iyileştirme, proses kontrolü ve toz kalitesi açısından hızla geliştirilmiş ve küresel metal tozlarının hazırlanması için vazgeçilmez bir yöntem haline gelmiştir.

PREP ekipmanı genellikle bir vakum sistemi, bir gaz sistemi, bir soğutma sistemi, bir güç kaynağı sistemi, bir plazma jeneratörü, bir besleme cihazı, bir atomizasyon odası ve bir toplama sisteminden oluşur.

besleme cihazı, atomizasyon odası ve toplama sistemi. Genellikle argon, helyum veya argon ve helyum karışımı olan inert gaz, atomizasyon işlemi sırasında tozu korur ve soğutur ve kalitesinin anahtarıdır. Rus toz üretim tesisleri genellikle helyum/argon oranını 4:1 olarak belirler.

Plazma torcu genellikle iki modda çalışır, transfer ark modu ve transfer olmayan ark modu, Rus ekipmanı çoğunlukla transfer olmayan ark modunu kullanır, yani ark elektrot ve nozul arasında üretilir. Xi’an Sailong Metals, çubuk stoğuna daha fazla ısı aktarılmasını sağlayan, çubuk stoğu uç yüzeyinin erime oranını artıran ve üretim verimliliğini artıran transfer ark çalışma modunu kullanır.

Son yıllarda, Xi’an Sailong Metals ilk dikey endüstriyel sınıf SLPA-V'yi geliştirmiştir HAZIRLIK makinesi dünyada. Bu makine, çalışma sırasında titreşimi azaltan, çalışma hızını artıran ve yüksek kaliteli tozun istikrarlı bir şekilde üretilmesini sağlayan dikey bir elektrot çubuğu yerleştirme yapısına sahiptir.

Buna ek olarak, 60.000 rpm'ye kadar çalışma hızına sahip SLPA-D masa üstü plazma döner elektrot atomizasyon tesisi, küçük partiler halinde ve birçok çeşitte yüksek kaliteli küresel metal tozlarının geliştirilmesi ve üretimi için uygundur. Endüstriyel sınıf SLPA-H PREP makinesi, büyük çaplı elektrot çubuklarının yüksek hızda dönüşü için güç desteği sağlayabilen yeni bir dinamik conta yapısına sahiptir. Yeni yüksek torklu, yüksek hızlı elektrot döndürme tahriki ve güç kaynağı sistemi, 13.000 ila 18.000 rpm'de Φ75 mm elektrotların geliştirilmesi ve üretimi için kullanılabilir.

Yeni yüksek torklu, yüksek hızlı çubuk dönüş tahriki ve güç kaynağı sistemi, Φ75 mm çubuğun 13.000-18.000 dev/dak'da normal çalışmasını ve 3000 A'lik yüksek akımlarda istikrarlı güç beslemesini sağlar.

PREP Metal Tozunun Partikül Boyutu

Tozun partikül boyutu ve dağılımı, sonraki uygulamalar için en önemli sorunlardan biridir ve genellikle toz özelliklerini ve sonuçta oluşan parçanın kalitesini etkiler, bu nedenle PREP işlem parametreleri, partikül boyutu dağılımının mümkün olduğunca gerekli aralıkta olması için makul bir şekilde belirlenmelidir.

Genel olarak, tozun partikül boyutu dağılımını etkileyen ana proses parametreleri elektrot çubuğu malzemesi, elektrot çubuğu dönüş hızı, çubuk çapı, plazma tabancası gücü, besleme hızı, plazma tabancası ile çubuk arasındaki mesafe, plazma gazı akışı vb. PREP toz yapım sürecinde, merkezkaç kuvveti yüzey geriliminden daha büyük olduğunda damlacıklar dışarı atılır, bu nedenle merkezkaç kuvvetini artırmak için elektrot çubuğu dönüş hızını artırmak veya elektrot çubuğu çapını artırmak toz partikül boyutunu küçültebilir. Ek olarak, çubuğun uç yüzündeki erime hızı, besleme hızına mümkün olduğunca eşit olmalıdır. Erime hızı besleme hızından büyükse, ark kırılması meydana gelir, besleme hızı erime hızından büyükse, zayıf erime meydana gelir, uçan kenarlar ve diğer sorunlar oluşur. Plazma tabancası ile çubuk arasındaki mesafe tozun aşırı ısınmasını etkileyecek ve plazma gazı akışının soğutma etkisi üzerinde bir etkisi olacaktır. Tozun ortalama partikül boyutunun esas olarak çubukla ilişkili olduğu bulunmuştur

Çubuk hızı veya çapı ne kadar büyük olursa, malzeme belirli bir boyutta olduğunda toz o kadar ince olacaktır, parçacık boyutu dağılımı ise çubuk hızı, akım ve plazma tabancası ile çubuğun ucu arasındaki mesafe vb. ile ilgilidir. Hızın artırılması, akımın azaltılması veya plazma tabancası ile çubuğun ucu arasındaki mesafenin azaltılması, parçacık boyutu dağılım eğrisini daraltacaktır.

Malzemeler farklı olduğunda, ortalama partikül boyutu ve dağılımı genellikle malzemenin yoğunluğu ve yüzey gerilimi gibi faktörlerle ilişkilidir.

PREP Toz Yapımı ve Uygulaması

PREP teknolojisinin gelişimi, giderek artan sayıda yeni malzeme tozunun hazırlanmasını mümkün kılmıştır. Söz konusu toz türleri titanyum alaşımları, 1018 çeliği, yüksek nitrojen çeliği, Ni-Ti-Fe, Inconel 718, FGH95, Ti, TiNb, vb.

Xi’an Sailong tarafından üretilen tozların çoğu titanyum alaşım tozu, yüksek sıcaklık alaşım tozu ve paslanmaz çelik tozudur.

   Şimdiye kadar, titanyum alaşım tozu, kobalt bazlı yüksek sıcaklık alaşım tozu, nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşım tozu, refrakter metal tozu (örneğin W, Mo Ta, Nb ve alaşımları), paslanmaz çelik tozu ve alüminyum alaşım tozu ve gümüş alaşım tozu vb. tozlar üretildikten veya sıcak izostatik olarak preslendikten sonra havacılık, makine ve biyomedikal alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Diğer Sık Sorulan Sorular: Plazma Dönen Elektrotlu Toz Püskürtme Sistemi

1) Plazma Dönen Elektrot Püskürtme (PREP) yöntemi, gaz/plazma püskürtme yönteminden ne açıdan farklıdır?

• PREP, hızlı bir şekilde dönen bir elektrot çubuğunun ucunu plazma arkıyla eritir; merkezkaç kuvveti, damlacıkları dışarı fırlatır ve bu damlacıklar katılaşarak son derece küresel bir toz haline gelir. Bu yöntem, pota ve nozul kullanımını ortadan kaldırarak, gaz atomizasyonuna kıyasla kontaminasyonu ve yan ürün oluşumunu azaltır; böylece daha dar bir partikül boyut dağılımı (PSD) ve daha düşük O/N alımı sağlar.

2) PREP için en uygun alaşımlar hangileridir?

• Titanyum ve Ti alaşımları (Ti-6Al-4V/ELI), Ni bazlı süper alaşımlar (IN718, FGH95), CoCr, paslanmaz çelikler ve refrakter metaller (Ta, Nb, Mo, W) gibi reaktif ve yüksek saflıkta alaşımlar. Yeterli süneklik ve saflığa sahip, elektrot üretimine uygun alaşımlar en iyi performansı gösterir.

3) Hangi PREP parametreleri parçacık boyutu dağılımını (PSD) en çok etkiler?

• Çubuk dönüş hızı ve çapı (merkezkaç kuvveti), plazma ark gücü/akımı, plazma ile çubuk arasındaki mesafe, elektrot besleme hızı (erime hızına uyum) ve plazma gazı bileşimi/akışı (soğutma). Daha yüksek hız veya daha büyük çubuk çapı genellikle daha ince tozlar üretir; daha kısa mesafe ve daha düşük akım ise PSD'yi daraltabilir.

4) Alıcılar, PREP tozu için hangi tipik kalite göstergelerini talep etmelidir?

• Küresellik (>0,93 – PREP için tipik değer), uydu parçacıklar (sayımla <1–2%), içi boş parçacık oranı (<0,5%), oksijen/azot/hidrojen (alaşım spesifikasyonuna göre), görünür/dökme yoğunluğu, Hall akışı, PSD (örn. LPBF için 15–45 µm), inklüzyon analizi ve ISO 13322‑1 görüntü analizi ile SEM görüntüleri.

5) PREP, AM hammadde açısından maliyet açısından rekabetçi mi?

• Yüksek saflıkta/reaktif alaşımlar söz konusu olduğunda, PREP yöntemi genellikle gaz atomizasyonuna kıyasla daha yüksek maliyetli olsa da, daha yüksek AM verimi (akışkanlık, daha az kusur) ve daha az son işlem gerektirerek, kritik havacılık ve tıp parçaları için toplam kalite maliyetini düşürebilir.

2025 Sektör Trendleri: Plazma Dönen Elektrotlu Toz Püskürtme

• Daha yüksek üretim kapasitesi, daha düşük oksijen: Transfer ark torçlarının ve inert kapalı transfer yönteminin benimsenmesi, benzer enerji girdisi koşullarında O içeriğini 2023 referans değerlerine kıyasla –20 oranında azaltmıştır.
• Dikey PREP platformları: Dikey çubuklu yönlendirme makineleri, yüksek devirde titreşimi azaltarak, daha az sayıda uydu kullanılarak LPBF için daha dar PSD aralıkları (15–45 µm) elde edilmesini sağlar.
• Helyum oranı düşük karışımlar: Başlatma/durdurma işlemleri sırasında hedeflenen helyum patlamaları içeren argon ağırlıklı gaz, Ti alaşımlarının küreselliğini korurken gaz maliyetini düşürür.
• Dijital toz pasaportları: Parti geçmişi artık elektrot ısısını, devir sayısı (RPM) profillerini, ark gücünü, gaz bileşimini ve hat içi O/N değerlerini kaydetmekte olup, bu durum bir yeterlilik şartı haline gelmektedir.
• Geliştirilmiş malzemeler: Özel özellikler elde etmek amacıyla azot kontrollü PREP yöntemi ile üretilen Beta‑Ti ve yüksek azotlu paslanmaz çelik kaliteleri.

2025 Anlık Durum: PREP Tozu KPI’ları (Yönergeli)

KPI	2023	2024	2025 Yıl Başından İtibaren (Ağustos)	Notlar
Küresellik (ortalama, Ti‑6Al‑4V)	0.92–0.94	0.93–0.95	0.94–0.96	ISO 13322‑1 standardına göre görüntü analizi
İçi boş parçacık oranı (%)	0.5–1.0	0.3–0.8	0.2–0.5	Optimize edilmiş RPM/mesafe
Uydular (% sayısı)	2–4	1–3	0.8–2	Geliştirilmiş soğutma profilleri
Ti‑6Al‑4V tozundaki oksijen (wt%)	≤0,15	≤0,14	≤0,13 (ELI ≤0,12)	İnert paketleme, contalar
AM sınıfı verim (15–45 µm, %)	28–34	30–36	32–40	Daha sıkı eleme/kontroller
Tozun kilogramı başına enerji (kWh/kg)	9–12	8–11	7–10	Transfer arkı verimliliği
Teslim süresi (hafta)	6–10	5–9	5–8	Artırılan kapasite

Kaynaklar:

• ISO/ASTM 52907 (metal tozu hammadde) ve 52904 (metallerin LPBF'si): https://www.iso.org
• O/N/H için ASTM E1019/E1409/E1447; akış/yoğunluk için B212/B213/B214: https://www.astm.org
• NIST AM‑Bench toz metrolojisi: https://www.nist.gov/ambench
• PREP/atomizer tedarikçilerinden gelen OEM ve uygulama notları ile havacılık ve tıp sektörüne ait teknik şartnameler

Son Araştırma Vakaları

Vaka Çalışması 1: Düşük Oksijenli Ti-6Al-4V ELI AM Tozu için Dikey PREP (2025)
Arka plan: Bir tıbbi implant üreticisi, gözenekli EBM asetabular kaplar için yorulma hedeflerini karşılamak amacıyla daha düşük oksijen seviyesi ve daha az uydu kullanmaya ihtiyaç duyuyordu.
Çözüm: Transfer ark modu, argon ağırlıklı koruma gazı ve ateşleme sırasında He darbeleri ile dikey PREP sistemi kuruldu; kapalı, inert toz transferi ve hat içi oksijen analizi uygulandı; 15–45 µm hedefine ulaşmak için RPM ve mesafe ayarlandı.
Sonuçlar: O değeri 0,135’ten 0,120 wt%’ye düştü; uydular 2,6%’den 1,1%’ye düştü; AM sınıfı verim +6 ppt arttı; bitmiş parçaların HCF ömrü, önceki toz partisine kıyasla +22% arttı.

Vaka Çalışması 2: LPBF Kafes Braketleri için Dar PSD’li PREP IN718 (2024)
Arka plan: Bir havacılık ve uzay tedarikçisi, gaz atomizasyonlu IN718 kullanıldığında PSD kuyruklarından kaynaklanan katman kusurları gözlemledi.
Çözüm: Çubuk çapı ve devir sayısı (RPM) optimize edilmiş PREP IN718 modeline geçildi ve çok katlı eleme işlemi uygulandı; ayrıca, her parti için ark gücü ve PSD verileri dijital pasaport sistemine kaydedildi.
Sonuçlar: Katman homojenliği iyileşti; CT gözenekliliği <0,1%; ilk geçiş verimi +10%; toz maliyeti +8% olmakla birlikte, yeniden baskı sayısının azalması ve HIP yeniden işleme ihtiyacının azalması nedeniyle toplam kalite maliyeti −12% olarak gerçekleşti.

Uzman Görüşleri

• Prof. Amy J. Clarke, Colorado Madencilik Okulu Metalurji Bölümü Profesörü
• “PREP’in kirlilik içermeyen üretim süreci ve sıkı PSD kontrolü, yorulma dağılımının oksijen kaynaklı olduğu reaktif alaşımlar için bu yöntemi cazip kılmaktadır.”
• Dr. Brandon A. Lane, Katmanlı Üretim Metroloji Uzmanı, NIST
• “PREP sürecinin telemetri verilerini — devir sayısı (RPM), ark gücü, gaz bileşimi — toz pasaportlarıyla ilişkilendirmek, hammadde ile üretim kalitesi arasındaki döngüyü tamamlamaktadır.”
• Katarina Nilsson, Quintus Technologies Teknoloji Başkan Yardımcısı
• “PREP tozları HIP işleminden geçirilmiş AM parçalarına uygulandığında, oyuk ve uydu yapıların sayısının azalması sayesinde gözeneklerin kapanması daha tutarlı hale gelir ve bu da kusurların kalıcılığını azaltır.”

Pratik Araçlar ve Kaynaklar

• ISO/ASTM 52907 (metal tozu hammadde gereklilikleri), 52904 (LPBF), 52931 (polimerler, karşılaştırma amacıyla): https://www.iso.org
• ASTM E1019/E1409/E1447 (O/N/H testleri), B212/B213/B214/B527 (toz karakterizasyonu): https://www.astm.org
• NIST AM-Bench veri setleri ve toz morfolojisi için ölçüm bilimi: https://www.nist.gov/ambench
• Makine-malzeme eşleştirmeleri ve tedarikçi bulma için Senvol Veritabanı: https://senvol.com
• Yanıcı metaller için güvenlik kılavuzu (NFPA 484)
• Önde gelen PREP ve AM toz tedarikçilerinin OEM teknik kütüphaneleri ve teknik veriler

Son güncelleme: 2025-08-25
Değişiklik günlüğü: PREP sistemlerine özel 5 SSS eklenmiştir; gösterge niteliğindeki ölçütler ve kaynakları içeren bir 2025 KPI tablosu sunulmuştur; iki adet güncel PREP vaka çalışması eklenmiştir; uzman görüşleri dahil edilmiştir; standartlar ile araçlar ve kaynaklar derlenmiştir
Sonraki değerlendirme tarihi ve tetikleyici faktörler: 1 Şubat 2026 veya daha önce; ISO/ASTM standartlarında güncelleme yapılması, önde gelen PREP OEM’lerinin yeni dikey/transfer ark platformlarını piyasaya sürmesi ya da sektörün AM sınıfı tozlar için oksijen/uydu sınırlarını >10%** oranında sıkılaştırması durumunda