Alüminyum Tozlarının Derin Ayrıştırması

Bu Gönderiyi Paylaş

İçindekiler

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

YöntemTemel ÖzelliklerAna Uygulamalar
Gaz AtomizasyonuKüresel tozlar, orta oksijen seviyeleriMetal AM, termal sprey kaplamalar
Hava AtomizasyonuDüzensiz toz şekilleri, kontrollü oksit seviyeleriOtomotiv parçaları, toz ekstrüzyon
Patlayıcı TelÇok ince küresel tozlarKatmanlı üretim, roket yakıtı
Bilyalı FrezelemeKompozit alüminyum tozlarıEnerjik malzemeler, piroteknikler
ElektrolitikPul, köşeli ve dendritik tozlarPatlayıcılar, termit reaksiyonları
KimyasalUltra ince ila nano ölçekli partiküllerPiroteknik bileşimler
alüminyum tozları
Alüminyum Tozlarının Derin Ayrıştırılması 4

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.

ParametreAçıklama
Parçacık şekliKüresel morfoloji
Parçacık boyutu10 – 350 μm tipik
Oksit içeriği<Ağırlıkça %3
Üretim ölçeğiYılda yüzlerce ton
MaliyetDaha 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.

ParametreAçıklama
Parçacık şekliDüzensiz parçacık şekli
Parçacık boyutu20 – 180 μm
Oksit içeriğiağırlıkça %3-8
Üretim ölçeğiBinlerce ton/yıl
MaliyetÇok 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.

ParametreAçıklama
Parçacık şekliOldukça küresel
Parçacık boyutu5 – 60 μm
Oksit içeriği<Ağırlıkça %1
Üretim ölçeğiDaha düşük hacimler
MaliyetDaha 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.

ParametreAçıklama
Parçacık şekliDüzleştirilmiş ve kompozit partiküller
Parçacık boyutu1 – 100 μm
Oksit içeriğiKaplanmış partiküller
Üretim ölçeğiKüçük partiler
MaliyetOrta 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.

ParametreAçıklama
Parçacık şekliDendritler ve düzensiz
Parçacık boyutu1 – 75 μm
Oksit içeriğiMorfolojiden yüksek
Üretim ölçeğiDaha düşük hacim
MaliyetNiş 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 İlaveleriAğırlıkça % AralıkEtki
Silikon0.5 – 12%Sertliği ve aşınma direncini artırın
Kapalı döngü, geri dönüşüm yetenekleri1 – 5%Gücü artırır
Çinko1 – 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 SeviyesiUygunluk
<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.

alüminyum tozları
Alüminyum Tozlarının Derin Ayrıştırılması 5

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:

ParametreAçıklama
D10, D50, D90Hacimce , ve partiküllerin düştüğü partikül çapı
Ortalama, modal boyutMerkezi eğilim ölçüsü
Açıklık = (D90-D10)/D50Dağılımın 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.

ParametreTipik Aralık
Görünür yoğunluk0.2 – 0,6 g/cc
Musluk yoğunluğu0.7 – 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:

TedarikçiGenel MerkezÜretim Yetenekleri
Toyo Alüminyum K.K.JaponyaGaz, hava, vakum atomizasyonu
UC RusalRusyaHava atomizasyonu
Alcoa CorporationABDHava atomizasyonu
Luxfer MagtechABDGaz, hava ve santrifüj atomizasyon
Hoganas ABİsveçHava atomizasyonu

Fiyatlandırma aşağıdakilere göre değişir:

  • Üretim hacmi
  • Saflık seviyeleri
  • İlave eleme veya öğütme
SınıfFiyat Tahmini
Hava atomize Al tozlarıkg başına 3$ – 5$
Gaz atomize küresel Al tozu$15 – kg başına $30
Özel Al alaşım kaliteleriKg 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:

ParametreAlüminyum TozuPaslanmaz ÇelikTitanyum
YoğunlukDüşükDaha yüksekDaha yüksek
MaliyetDüşükOrta düzeydeYüksek
ReaktiviteYüksekDüşükOrta düzeyde
Çevresel istikrarAdilMükemmelÇok iyi
Gıda ile temas onaylarıevetevetBazı sınıflar
alüminyum tozları
Hazırlanmış Metal Tozları

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.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Bültenimize Abone Olun

Güncellemeleri alın ve en iyilerden öğrenin

Keşfedilecek Daha Fazla Şey

Scroll to Top