Genel Bakış
Alüminyum tozu, katkılı üretim, termal püskürtme, toz metalurjisi presleme ve kaynak çubukları gibi üretim teknikleri için hammadde olarak kullanılan ince alüminyum metal parçacıklarını ifade eder. Parçacık boyutu dağılımı, morfoloji, oksit seviyeleri ve mikro yapı gibi alüminyum tozu özelliklerinin kontrol edilmesi, bitmiş alüminyum bileşenlerin özellikleri için kritik öneme sahiptir.
Üretim için kullanılan çeşitli yöntemler vardır alüminyum tozları dahil:
- Gaz atomizasyonu
- Hava atomizasyonu
- Patlayıcı tel parçalanması
- Frezeleme ve taşlama
- Elektrolitik süreç
- Kimyasal yöntemler
Her alüminyum tozu üretim tekniği, belirli uygulamalara uygun farklı özelliklere sahip tozlarla sonuçlanır.
Alüminyum Tozu Üretim Yöntemleri
| Yöntem | Temel Özellikler | Ana Uygulamalar |
|---|---|---|
| Gaz Atomizasyonu | Küresel tozlar, orta oksijen seviyeleri | Metal AM, termal sprey kaplamalar |
| Hava Atomizasyonu | Düzensiz toz şekilleri, kontrollü oksit seviyeleri | Otomotiv parçaları, toz ekstrüzyon |
| Patlayıcı Tel | Çok ince küresel tozlar | Katmanlı üretim, roket yakıtı |
| Bilyalı Frezeleme | Kompozit alüminyum tozları | Enerjik malzemeler, piroteknikler |
| Elektrolitik | Pul, köşeli ve dendritik tozlar | Patlayıcılar, termit reaksiyonları |
| Kimyasal | Ultra ince ila nano ölçekli partiküller | Piroteknik bileşimler |
Alüminyum Tozu Üretim Yöntemleri
Gerekli malzeme özelliklerine ve son kullanım uygulamalarına bağlı olarak alüminyum tozları üretmek için kullanılan çeşitli ticari yöntemler vardır:
Gaz Atomizasyonu
Gaz atomizasyon işleminde, erimiş alüminyum yüksek basınçlı inert gaz jetleri ile toz parçacıklarına katılaşan ince damlacıklar halinde parçalanır. Gaz atomize alüminyum tozları, işleme parametrelerine bağlı olarak 10 mikron ila 350 mikron arasında değişen boyutlarda küresel bir şekle sahiptir. Bu, sıvı metal atomizasyonundan daha düşük oksijen alımı ile reaktif alüminyum tozu üretimi için baskın tekniktir.
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| Parçacık şekli | Küresel morfoloji |
| Parçacık boyutu | 10 – 350 μm tipik |
| Oksit içeriği | <Ağırlıkça %3 |
| Üretim ölçeği | Yılda yüzlerce ton |
| Maliyet | Daha yüksek |
Hava Atomizasyonu
Hava atomizasyonunda, erimiş alüminyum akışı basınçlı hava jetleri tarafından bozulur ve havadaki oksijenden daha yüksek yüzey oksit seviyeleri içeren ince düzensiz alüminyum parçacıklarının oluşmasına neden olur. Hava atomizasyonu, yapısal P/M parçaları ve alüminotermik reaksiyonlar için ekonomik, yüksek hacimli alüminyum tozu üretimini kolaylaştırır.
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| Parçacık şekli | Düzensiz parçacık şekli |
| Parçacık boyutu | 20 – 180 μm |
| Oksit içeriği | ağırlıkça %3-8 |
| Üretim ölçeği | Binlerce ton/yıl |
| Maliyet | Çok ekonomik |
Dönen Elektrot İşlemi (REP)
REP tekniğinde, tel veya çubuk elektrotlar şeklindeki erimiş alüminyum metal yüksek hızlarda döndürülür ve elektrik arkı kullanılarak eritilir. Merkezkaç kuvvetleri erimiş damlacıkları fırlatarak özel uygulamalar için ideal olan çok ince küresel alüminyum parçacıkları üretir.
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| Parçacık şekli | Oldukça küresel |
| Parçacık boyutu | 5 – 60 μm |
| Oksit içeriği | <Ağırlıkça %1 |
| Üretim ölçeği | Daha düşük hacimler |
| Maliyet | Daha yüksek fiyatlandırma |
Bilyalı Frezeleme
Alüminyum metal pulların, parçacıkların ve kimyasal tozların yüksek enerjili bilyalı öğütülmesi, özel mekanik, kimyasal veya patlayıcı reaktivite sağlayan takviye parçacıkları gömülerek kompozit alüminyum tozları oluşturmak için yapılır.
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| Parçacık şekli | Düzleştirilmiş ve kompozit partiküller |
| Parçacık boyutu | 1 – 100 μm |
| Oksit içeriği | Kaplanmış partiküller |
| Üretim ölçeği | Küçük partiler |
| Maliyet | Orta düzeyde |
Elektrolitik Süreç
Erimiş tuz elektroliz işleminde, alüminyum iyonları katotlar üzerine elektro-biriktirilerek piroteknik termitler için ideal olan gözenekli yüzey morfolojisine sahip dendritik veya düzensiz şekilli partiküller üretilir.
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| Parçacık şekli | Dendritler ve düzensiz |
| Parçacık boyutu | 1 – 75 μm |
| Oksit içeriği | Morfolojiden yüksek |
| Üretim ölçeği | Daha düşük hacim |
| Maliyet | Niş uygulamalar için ekonomik |
Alüminyum Tozu Kompozisyonlar
Alüminyum tozlarının çoğu 'in üzerinde Al içeriğine sahip yüksek saflıkta alüminyumdan oluşur. Bileşimdeki ana hususlar şunlardır:
1. Alaşım Elementleri
Belirli özellikleri kazandırmak için küçük miktarlarda silikon, magnezyum, çinko veya diğer elementler eklenir.
| Alaşım İlaveleri | Ağırlıkça % Aralık | Etki |
|---|---|---|
| Silikon | 0.5 – 12% | Sertliği ve aşınma direncini artırın |
| Kapalı döngü, geri dönüşüm yetenekleri | 1 – 5% | Gücü artırır |
| Çinko | 1 – 8% | Daha yüksek yüksek sıcaklık dayanımı |
2. Oksit İçeriği
İşleme yöntemleri, partikül yüzeylerinde ince koruyucu oksit tabakalarının veya daha ağır yapışkan olmayan oksitlerin mevcut olup olmadığını belirler.
| Oksit Seviyesi | Uygunluk |
|---|---|
| <3% | Yüksek performanslı alaşımlar, AM bileşenleri |
| 3-8% | P/M yapısal parçalar |
| >10% | Termitler, piroteknikler |
3. Hidrojen İçeriği
Çok reaktif alüminyum toz yüzeyinin taşınması ve depolanması sırasında nem toplanması, yangın veya patlama tehlikelerini önlemek için izlenmelidir. Minimum nemli üretim atmosferleri faydalıdır.
Özellikleri Alüminyum Tozları
Alüminyum tozlarının nitelendirilmesinde dikkate alınan temel özellikler şunlardır:
Toz Partikül Boyutu Dağılımı
Lazer kırınımlı partikül analizörleri veya elek analizleri, mikron altından 500 mikron boyut fraksiyonlarına kadar tam kapsamlı granülometri sağlar. Raporlanan tipik boyut parametreleri şunlardır:
| Parametre | Açıklama |
|---|---|
| D10, D50, D90 | Hacimce , ve partiküllerin düştüğü partikül çapı |
| Ortalama, modal boyut | Merkezi eğilim ölçüsü |
| Açıklık = (D90-D10)/D50 | Dağılımın genişliği – daha düşük açıklık daha dar dağılımı gösterir |
Partikül boyutlarının üretim yöntemi kabiliyetleriyle eşleştirilmesi, bitmiş bileşenlerdeki yoğunluğun ve özelliklerin en üst düzeye çıkarılmasını sağlar.
Parçacık Morfolojisi
Taramalı elektron mikroskobu, toz davranışını belirleyen partikül şeklinin ince ayrıntılarını ortaya çıkarır. Düzgün yuvarlak parçacıklar akışı ve paketleme yoğunluğunu iyileştirir. Düzensiz şekiller mekanik kenetlenme sağlar.
Görünür ve Tap Yoğunluğu
Bunlar, standartlaştırılmış test prosedürleri kullanılarak toz konsolidasyonunu ve taşıma davranışını gösterir. Daha yüksek yoğunluklar sıkıştırma sırasında yoğunlaşmayı kolaylaştırır.
| Parametre | Tipik Aralık |
|---|---|
| Görünür yoğunluk | 0.2 – 0,6 g/cc |
| Musluk yoğunluğu | 0.7 – 1,3 g/cc |
Akış Karakteristikleri
50 g tozun bir Hall akış ölçer hunisinden akma süresi, bağlayıcı jet 3DP'de katman doldurma ve toz metalurjisi sıkıştırmasında kalıp boşluklarını doldurma sırasında yayılma performansı ile iyi ilişkilidir. Pürüzsüz küresel partiküller gelişmiş akış hızları gösterir.
Yüzey Alanı
Ölçülen BET gaz emme yüzey alanı, alüminotermik reaksiyonlarda veya piroteknik yanma performanslarında başlatma davranışını etkileyen mevcut yüzey oksit tabakalarının kalınlıklarını hesaplamak için kullanılır.
Alüminyum Tozlarının Uygulamaları
Reaktif alüminyum tozlarının benzersiz özellikleri, onları çeşitli endüstriler için kritik hale getirmektedir:
Metal Katkısal İmalat
Küresel alüminyum tozları, makine gereksinimlerini karşılamak için toz partikül boyutu dağılımını sınıflandırdıktan sonra seçici lazer eritme, elektron ışını eritme ve bağlayıcı püskürtme katkılı üretim için hammadde olarak kullanılır.
Termal Sprey Kaplamalar
Plazma veya tel püskürtmeli özel düşük oksitli alüminyum tozları, korozyon direnci ile birlikte yüksek yansıtma özelliği sunan koruyucu alüminyum kaplamalar oluşturur.
Toz Metalurjisi
Alüminyum tozlarının sıkıştırılması ve sinterlenmesi, mükemmel boyut kontrolü ve diğer tekniklerle elde edilemeyen performansa sahip otomotiv parçaları gibi yüksek hacimli hassas bileşenler üretir.
Enerjik Malzemeler
İnce alüminyum tozları, metal oksitlerle termit reaksiyonları veya piroteknik yanmalar, patlayıcılar ve itici gazlardan aydınlatma, gaz üretimi veya ısıtmaya kadar değişen askeri, havacılık veya sivil uygulamalar için yoğun ekzotermik çıktılar sağlar.
Al-Mg Alaşımlı Şeritler
Sıkıştırılmış alüminyum tozu preformları, zırh plakası üretimi için ideal olan Al-Mg alaşımlı şeritler ve sarmal levhalar halinde sıcak ekstrüde edilir. Toz metalurjisi, geleneksel döküm alaşımlarında mümkün olmayan mikroyapısal iyileştirmeler ve homojenlik sağlar.
Teknik Özellikler ve Standartlar
Alüminyum tozu üreticileri, aşağıdakiler de dahil olmak üzere kritik pazarlara yönelik sertifikalı standartları karşılamak için üretim atmosferlerini, işleme tekniklerini ve elleçleme prosedürlerini dikkatle kontrol etmelidir:
AMS Metal Tozu Özellikleri
- AMS 4200 çelik bilye ve kum
- Termal sprey için AMS 4205 alüminyum tozları
ASTM Standartları
- Gaz atomize tozlar için B215
- Preslenmiş ve sinterlenmiş alüminyum toz ekstrüzyonlar için B951
- Gaz atomize katkılı havacılık ve uzay parçaları için B937
ISO Standartları
- ISO 14361 termal sprey kaplamalar
- ISO 22068 alüminyum alaşımlı kalıp dökümlerin tasarımı
CEN Standartları
- EN 10204 3.1 malzeme kalite sertifikası
SAE Havacılık ve Uzay Malzeme Spesifikasyonları (AMS)
- AMS 4200 shot/grit
- AMS 4205 gaz atomize alüminyum tozu
Demir, silikon ve çinko gibi safsızlıklara ilişkin zorunlu kimyasal limitleri karşılamak için titiz kalite kontrolünün sürdürülmesi ve toz özelliklerinin doğrulanması, hassas alanlarda uygulama ihtiyaçlarını ve güvenliği karşılar.
Alüminyum Tozu Pazar Analizi
Alüminyum tozlarına yönelik küresel talebin 2027 yılına kadar 1,6 milyon metrik tona ulaşacağı tahmin edilmektedir:
1. Metal Katmanlı Üretimde Büyüme
- Havacılık ve uzay bileşenleri için hafifletme avantajları
- Biyouyumlu Al alaşımlarından sağlık implantları ve aletleri
2. Otomotivde Hafifletme Alanında İvme
- Dökme demir ve çeliğin yerini alan P/M alüminyum parçalar
3. Reaktif Alüminyum Enerjik Formülasyonlarda Yenilik
- Savunma, uzay, sivil endüstriler
Önde gelen uluslararası alüminyum tozu üreticileri şunlardır:
| Tedarikçi | Genel Merkez | Üretim Yetenekleri |
|---|---|---|
| Toyo Alüminyum K.K. | Japonya | Gaz, hava, vakum atomizasyonu |
| UC Rusal | Rusya | Hava atomizasyonu |
| Alcoa Corporation | ABD | Hava atomizasyonu |
| Luxfer Magtech | ABD | Gaz, hava ve santrifüj atomizasyon |
| Hoganas AB | İsveç | Hava atomizasyonu |
Fiyatlandırma aşağıdakilere göre değişir:
- Üretim hacmi
- Saflık seviyeleri
- İlave eleme veya öğütme
| Sınıf | Fiyat Tahmini |
|---|---|
| Hava atomize Al tozları | kg başına 3$ – 5$ |
| Gaz atomize küresel Al tozu | $15 – kg başına $30 |
| Özel Al alaşım kaliteleri | Kg başına 50 $'a kadar |
Avantajlar ve Zorluklar
Avantajlar
- Çelik veya titanyuma kıyasla hafifletme
- Diğer yapısal metallere kıyasla ekonomik
- Yoğun ekzotermik çıktılar sağlayan reaktif formülasyonlar
- Geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir
Zorluklar
- Kontrollü inert taşıma ve depolama gerektiren yüksek derecede ekzotermik oksidasyon
- Mekanik özellikleri azaltan hidrojen gevrekleşmesi
- Çoğu formülasyon için 200°C'ye kadar sınırlı kullanım sıcaklıkları
Alüminyum tozlarının alternatifleriyle karşılaştırılması:
| Parametre | Alüminyum Tozu | Paslanmaz Çelik | Titanyum |
|---|---|---|---|
| Yoğunluk | Düşük | Daha yüksek | Daha yüksek |
| Maliyet | Düşük | Orta düzeyde | Yüksek |
| Reaktivite | Yüksek | Düşük | Orta düzeyde |
| Çevresel istikrar | Adil | Mükemmel | Çok iyi |
| Gıda ile temas onayları | evet | evet | Bazı sınıflar |
SSS
S: Katmanlı üretim için alüminyum alaşım tozlarında tipik olarak hangi partikül boyutu dağılımı kullanılır?
C: Toz yataklı füzyon AM'de alüminyum partikül boyutu aralığı genellikle 15 - 63 mikron arasındadır. Daha ince tozlar çözünürlüğü artırabilir ancak kullanımı daha zor hale getirir. Dağılımları makine parametreleriyle eşleştirmek hayati önem taşır.
S: Enerjik formülasyonlar için alüminyum tozlarının raf ömrünü ne etkiler?
C: Depolama nemi partikül yüzeylerinde alüminyum hidroksitlerin ve hidratların oluşmasına, hidrojenin açığa çıkmasına ve potansiyel yanıcı koşulların oluşmasına neden olduğundan reaktivite zamanla artar. İnert sızdırmaz ambalaj ve düzenlenmiş nem depolama (<) esastır.
S: Termal sprey kaplamalarda kullanılan alüminyum tozları için belirlenen ortak standartlar nelerdir?
C: FDA ve USDA tarafından düzenlenen ağır metaller üzerindeki katı kimyasal sınırlar, sızıntı yapabilen safsızlıklar içermeyen son kat kaplamalar sağlar. Temel standartlar arasında Fe, Si, Cu eser elementlerini kontrol eden AMS 4205 ve ASTM B215 bulunmaktadır. Termal sprey teli hammaddesi de ISO 14361'i takip eder.
S: Biyomedikal implantların katmanlı üretimi için hangi alüminyum alaşımı tercih edilir?
C: Alüminyum alaşımı AlSi10Mg, sıkı kimya gereksinimlerini karşılar ve titanyum veya paslanmaz çelik alaşımlarından daha düşük yoğunluk ile birlikte mükemmel biyouyumluluk, güç ve korozyon direnci sunar. Küresel tozlar karmaşık baskılı geometrileri mümkün kılar.
S: Alüminyum P/M bileşenleri işlenirken piroforik tutuşma riski nasıl ele alınıyor?
C: Düşük sıcaklıkta tavlama ısıl işlemleri, patlayıcı reaktif durumlardan kalan magnezyum ve alüminyum parçacıklarını, geleneksel işlemeyi güvenli bir şekilde sağlamak için daha kararlı intermetalik fazlara dönüştürmek için herhangi bir ikinci işleme işleminden önce uygulanır.
