Waterverstuiver voor metaalpoeder met een maaswijdte van 100 mesh tot 400 mesh

Het poeder dat wordt geproduceerd door vacuüm-luchtverstuiving heeft als voordelen een hoge zuiverheid, een laag zuurstofgehalte en een fijne poederdeeltjesgrootte. Na jaren van continue innovatie en verbetering is de vacuüm-luchtverstuivingstechnologie uitgegroeid tot de belangrijkste methode voor de productie van hoogwaardige metaal- en legeringspoeders en is het een leidende factor geworden in het ondersteunen en bevorderen van onderzoek naar nieuwe materialen en de ontwikkeling van nieuwe technologieën. De redacteur bespreekt het principe, het proces en de poedermaalapparatuur van vacuüm-luchtverstuiving en analyseert de soorten en toepassingen van poeder dat door vacuüm-luchtverstuiving wordt geproduceerd.

De verstuivingsmethode is een poederbereidingsmethode waarbij een snel bewegende vloeistof (verstuivingsmedium) het metaal of de legeringsvloeistof raakt of op een andere manier breekt in fijne druppeltjes, die vervolgens condenseren tot vast poeder. De verstuifde poederdeeltjes hebben niet alleen exact dezelfde homogene chemische samenstelling als de gesmolten legering, maar door de snelle stolling wordt ook de kristallijne structuur verfijnd en de macrosegregatie van de tweede fase geëlimineerd. Het meest gebruikte verstuivingsmedium is water of ultrasoon geluid, respectievelijk waterverstuiving en gasverstuiving genoemd. Metaalpoeders die met waterverstuiving worden bereid, hebben een hoge opbrengst en een economische prijs, en de afkoelsnelheid is hoog, maar de poeders hebben een hoog zuurstofgehalte en een onregelmatige morfologie, meestal in de vorm van vlokken. Poeders die met ultrasone verstuiving worden bereid, hebben een kleine deeltjesgrootte, een hoge bolvormigheid en een laag zuurstofgehalte, en zijn uitgegroeid tot de belangrijkste methode voor de productie van hoogwaardige bolvormige metaal- en legeringspoeders.

De vacuümsmelttechnologie met hogedrukgasverstuiving integreert hoogvacuümtechnologie, hogetemperatuursmelttechnologie en hogedruk- en hogesnelheidsgastechnologie. Deze technologie is ontwikkeld om te voldoen aan de behoeften van de poedermetallurgie, met name voor de productie van hoogwaardige legeringen met actieve elementen in poedervorm. Ultrasone/gasverstuiving is een nieuwe, snelle stollingstechnologie. Door de hoge afkoelsnelheid heeft het poeder de kenmerken van korrelverfijning, een uniforme samenstelling en een hoge oplosbaarheid van vaste stoffen.

Naast de bovengenoemde voordelen heeft het metaalpoeder dat geproduceerd wordt door vacuümsmelten met hogedrukgasverstuiving de volgende drie kenmerken: zuiver poeder, laag zuurstofgehalte; hoge opbrengst aan fijn poeder; hoge bolvormigheid. Structurele of functionele materialen gemaakt van dit poeder hebben veel voordelen ten opzichte van conventionele materialen wat betreft fysische en chemische eigenschappen. De ontwikkelde poeders omvatten superlegeringspoeder, thermisch gespoten legeringspoeder, koperlegeringspoeder en roestvrij staalpoeder.

1. Vacuüm-luchtverstuivingspoedermaalproces en -apparatuur

1.1 Vacuüm-luchtverstuivingspoedermaalproces

De vacuümluchtverstuivingsmethode is een nieuw proces dat de afgelopen jaren in de metaalpoederindustrie is ontwikkeld. Het heeft als voordelen dat materialen niet gemakkelijk oxideren, het metaalpoeder snel afkoelt en een hoge mate van automatisering mogelijk is. Het specifieke proces is als volgt: nadat de legering (het metaal) in een inductieoven is gesmolten en geraffineerd, wordt het gesmolten metaal in een thermisch geïsoleerde smeltkroes gegoten en via een geleidingsbuis en sproeier verneveld door een hogedrukgasstroom. Het vernevelde metaalpoeder stolt en bezinkt in de verstuivingstoren en valt vervolgens in een poederopvangtank.

Verstuivingsapparatuur, ultrasone verstuiving en metaalvloeistofstroom vormen de drie basisaspecten van het gasverstuivingsproces. In de verstuivingsapparatuur versnelt de geïnjecteerde ultrasone verstuivingsstroom en interageert deze met de geïnjecteerde metaalvloeistofstroom, waardoor een stromingsveld ontstaat. In dit stromingsveld wordt de gesmolten metaalstroom gebroken, afgekoeld en gestold, waardoor poeder met bepaalde eigenschappen wordt verkregen. De parameters van de verstuivingsapparatuur omvatten onder andere de structuur van het mondstuk, de structuur van de verstuivingsbuis en de positie van de verstuivingsbuis. De parameters van het verstuivingsgas omvatten onder andere de ultrasone eigenschappen, de luchtdruk en de luchtsnelheid. De parameters van de metaalvloeistofstroom omvatten onder andere de eigenschappen van de metaalvloeistofstroom, de oververhitting en de diameter van de vloeistofstroom. Ultrasone verstuiving maakt het mogelijk om de deeltjesgrootte, de deeltjesgrootteverdeling en de microstructuur van het poeder aan te passen door verschillende parameters en hun onderlinge afstemming te optimaliseren.

1.2 Vacuüm luchtverstuivings- en verpulveringsapparatuur

De huidige vacuümverstuivingsapparatuur bestaat voornamelijk uit buitenlandse en binnenlandse apparatuur. De in het buitenland geproduceerde apparatuur kenmerkt zich door een hoge stabiliteit en precisie, maar de aanschafkosten en de onderhouds- en reparatiekosten zijn hoog. Binnenlandse apparatuur is daarentegen goedkoper, de onderhoudskosten zijn laag en het onderhoud is eenvoudig. Binnenlandse fabrikanten beheersen echter over het algemeen de kerntechnologieën van apparatuur zoals verstuivingsmondstukken en verstuivingsprocessen niet. Momenteel houden relevante buitenlandse onderzoeksinstellingen en productiebedrijven de technologie strikt geheim, waardoor specifieke en geïndustrialiseerde procesparameters niet beschikbaar zijn in de relevante literatuur en patenten. Dit leidt ertoe dat de opbrengst van hoogwaardig poeder te laag is om economisch rendabel te zijn. Dit is tevens de belangrijkste reden waarom ons land, ondanks de vele productie- en onderzoeksinstellingen voor aerosolpoeder, nog niet in staat is om op industriële schaal hoogwaardig poeder te produceren.

De structuur van de ultrasone verstuivingsinstallatie bestaat uit de volgende onderdelen: inductieoven met middelhoge frequentie, smeltoven, verstuivingssysteem, verstuivingstank, stofafzuigsysteem, ultrasoon toevoersysteem, waterkoelsysteem, besturingssysteem, enz.

Momenteel richten diverse onderzoeken naar verneveling zich hoofdzakelijk op twee aspecten. Enerzijds worden de parameters van de spuitmondstructuur en de kenmerken van de straalstroom bestudeerd. Het doel is om de relatie tussen het luchtstroomveld en de spuitmondstructuur te achterhalen, zodat de ultrasone golven de gewenste snelheid bij de spuitmonduitgang bereiken bij een lage ultrasone stroomsnelheid. Dit biedt een theoretische basis voor het ontwerp en de fabricage van de spuitmond. Anderzijds wordt de relatie tussen de parameters van het vernevelingsproces en de poedereigenschappen onderzocht. Het doel is om het effect van de parameters van het vernevelingsproces op de poedereigenschappen en de vernevelingsefficiëntie per spuitmond te bestuderen, om zo de poederproductie te optimaliseren en te sturen. Kortom, het verbeteren van de productiviteit van fijn poeder en het verminderen van het gasverbruik zijn de drijvende krachten achter de ontwikkeling van ultrasone vernevelingstechnologie.

1.2.1 Diverse typen sproeiers voor ultrasone verneveling

Het verstuivingsgas verhoogt de snelheid en energie door het mondstuk, waardoor het vloeibare metaal effectief wordt verpulverd en poeder wordt geproduceerd dat aan de eisen voldoet. Het mondstuk regelt de stroom en het stroompatroon van het verstuifde medium en speelt een cruciale rol in de mate van verstuivingsefficiëntie en de stabiliteit van het verstuivingsproces. Het is de sleuteltechnologie van ultrasone verstuiving. In de beginfase van gasverstuiving werd over het algemeen een vrijvallend mondstuk gebruikt. Dit mondstuk is eenvoudig van ontwerp, raakt niet snel verstopt en is relatief eenvoudig te bedienen, maar de verstuivingsefficiëntie is niet hoog en het is alleen geschikt voor de productie van poeder met een deeltjesgrootte van 50-300 μm. Om de verstuivingsefficiëntie te verbeteren, werden later restrictieve of nauw gekoppelde verstuivingsmondstukken ontwikkeld. Het nauw gekoppelde of restrictieve mondstuk verkort de gasvluchtafstand en vermindert het verlies aan kinetische energie tijdens de gasstroom. Hierdoor neemt de snelheid en dichtheid van de gasstroom die in contact komt met het metaal toe, wat resulteert in een hogere opbrengst aan fijn poeder.

1.2.1.1 Omtrekssleufmondstuk

Een ultrasone golf onder hoge druk komt tangentieel de spuitmond binnen. Vervolgens wordt deze met hoge snelheid uitgestoten, waardoor een wervelstroom ontstaat.