Атомизированный порошок нержавеющей стали высокого качества для аддитивного производства (3D-печати)

Основным методом производства высококачественного порошка нержавеющей стали является атомизация. Этот процесс включает преобразование расплавленной нержавеющей стали в мелкий распыл капель, которые затвердевают в частицы порошка. Существуют два основных типа:

Расплавленная сталь разрушается струей воды высокого давления. Эта быстрая закалка производит частицы неправильной формы с высокой площадью поверхности. Эти порошки идеально подходят для прессования и спекания (например, литье под давлением металлов), поскольку неправильная форма обеспечивает хорошую прочность в зеленом состоянии и целостность детали перед спеканием. Они, как правило, более экономичны, но имеют более высокое содержание кислорода.

Инертный газ (обычно аргон или азот) используется для разрушения потока расплавленного металла. Это приводит к сферическим частицам без спутников с гладкой поверхностью. Эти порошки имеют:

• Низкое содержание кислорода: Ключевое значение для хороших механических свойств и свариваемости.
• Отличная текучесть: Необходима для нанесения тонких, однородных слоев в аддитивном производстве (3D-печать).
• Высокая насыпная плотность: Полезна для таких процессов, как горячее изостатическое прессование (ГИП).

Другие методы включают процесс вращающегося электрода плазмы (PREP) и электролиз, но атомизация является наиболее распространенной для промышленных объемов.

Производительность порошка нержавеющей стали определяется несколькими критическими характеристиками:

• Распределение частиц по размерам (PSD): Измеряется в микронах (µm). Типичный PSD для аддитивного производства может составлять 15-45 µm, в то время как для литья под давлением металлов он может составлять 2-20 µm. Контролируемый PSD жизненно важен для повторяемости процесса.
• Форма частиц: Как уже упоминалось, это зависит от процесса (сферическая для AM, неправильная для MIM).
• Кажущаяся плотность: Масса на единицу объема неуплотненного порошка. Более высокая плотность часто предпочтительна для лучшего уплотнения.
• Текучесть: Время, необходимое для того, чтобы определенное количество порошка прошло через стандартизированную воронку. Критично для автоматизированных процессов AM и прессования-спекания.
• Химический состав: Должен соответствовать спецификациям требуемой марки нержавеющей стали (например, 316L, 17-4PH). Ключевые элементы включают хром (для коррозионной стойкости), никель (для аустенитной структуры и прочности) и молибден (для повышения стойкости к питтинговой коррозии).
• Пирофорность: Мелкие металлические порошки могут быть воспламеняющимися или взрывоопасными при взвешивании в воздухе. Порошок нержавеющей стали менее пирофорен, чем некоторые металлы (например, алюминий), но он все равно требует осторожного обращения для предотвращения взрывов пыли.

• 316L: Наиболее широко используемая марка для аддитивного производства и MIM. Отличная коррозионная стойкость, хорошие механические свойства и биосовместимость. Используется в морских, химических, медицинских и пищевых приложениях.
• 304L: Аналогично 316L, но с более низким содержанием никеля и без молибдена, что делает его немного менее коррозионностойким, но более экономичным.

• 17-4PH (630): Может подвергаться термообработке после изготовления для достижения очень высокой прочности и твердости при сохранении хорошей коррозионной стойкости. Используется для аэрокосмических компонентов, шестерен и высоконагруженных инженерных деталей.
• 420: Обеспечивает высокую твердость и износостойкость после термообработки, но с более низкой коррозионной стойкостью, чем аустенитные марки. Используется для столовых приборов, пресс-форм и хирургических инструментов.

• Duplex 2205: Обладает смешанной микроструктурой аустенита и феррита, что обеспечивает очень высокую прочность и отличную устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением. Используется в морской нефтегазовой и химической промышленности.

Порошок нержавеющей стали является сырьем для нескольких передовых производственных технологий:

• Лазерное спекание порошкового слоя (L-PBF): Лазер выборочно расплавляет слои порошка для создания сложных, легких и интегрированных компонентов непосредственно из CAD-модели.
• Струйная печать связующим: Жидкое связующее вещество наносится на слой порошка для формирования «зеленой» детали, которая затем спекается в печи.
• Направленное осаждение энергии (DED): Порошок нагнетается в ванну расплава, созданную лазером или электронным лучом, обычно используемую для ремонта или добавления элементов к существующим деталям.

Порошок смешивается с полимерным связующим для создания сырья, которое отливается под давлением в форму. Затем связующее удаляется (удаление связующего), и деталь спекается до почти полной плотности. Идеально подходит для массового производства небольших, сложных деталей.

Порошок помещается в контейнер и подвергается воздействию высокой температуры и изостатического давления газа, уплотняя его в полностью плотную заготовку или компонент, близкий к конечной форме.

Порошок прессуется в жесткой матрице для формирования «зеленой» заготовки, которая затем спекается в печи с контролируемой атмосферой. Распространено для изготовления фильтров и пористых компонентов.

• Свобода дизайна: Обеспечивает производство очень сложных геометрий, внутренних каналов и решетчатых структур.
• Эффективность материала: Процессы, близкие к конечной форме, минимизируют отходы материала по сравнению с субтрактивной обработкой.
• Консолидация деталей: Несколько компонентов могут быть спроектированы и напечатаны как одна деталь, что повышает надежность и снижает сборку.
• Отличные свойства: Конечные детали могут достигать механических свойств и коррозионной стойкости, сопоставимых, а иногда и превосходящих, их кованые аналоги.
• Массовое производство: Процессы, такие как MIM, позволяют производить сложные детали в больших объемах.

Порошок нержавеющей стали требует соблюдения строгих протоколов безопасности:

• Предотвращение взрывов: Должен храниться и обрабатываться в инертной атмосфере (например, азот) или с использованием взрывозащищенного оборудования. Правильное заземление необходимо для предотвращения статического разряда.
• Здоровье и безопасность: Вдыхание мелкого металлического порошка опасно для здоровья. Операции должны проводиться в хорошо проветриваемых помещениях или в закрытых системах (например, в AM-принтерах), а персонал должен использовать соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как респираторы.
• Хранение: Хранить в прохладном сухом месте в герметичных контейнерах для предотвращения поглощения влаги и окисления.