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.

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)	Notlar
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%**