1. วิธีการผลิต (การทำให้อะตอมเป็นละออง)
วิธีการหลักในการผลิตผงสแตนเลสคุณภาพสูงคือ การทำให้อะตอมเป็นละออง. กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสแตนเลสหลอมเหลวให้เป็นละอองละเอียดที่แข็งตัวเป็นอนุภาคผง มีสองประเภทหลักคือ:
การทำให้อะตอมด้วยน้ำ:
เหล็กหลอมเหลวจะถูกสลายตัวด้วยเจ็ทน้ำแรงดันสูง การดับอย่างรวดเร็วนี้ทำให้เกิดอนุภาคที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอและมีพื้นที่ผิวสูง ผงเหล่านี้เหมาะสำหรับ เทคนิคการกดและเผา (เช่น การฉีดขึ้นรูปโลหะ) เนื่องจากรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอทำให้มีความแข็งแรงของสีเขียวที่ดีและความสมบูรณ์ของชิ้นส่วนก่อนการเผา พวกเขามักจะประหยัดกว่า แต่มีปริมาณออกซิเจนสูงกว่า
การทำให้อะตอมด้วยแก๊ส:
ใช้ก๊าซเฉื่อย (โดยทั่วไปคือ อาร์กอน หรือ ไนโตรเจน) เพื่อสลายกระแสน้ำโลหะหลอมเหลว ซึ่งส่งผลให้อนุภาคมีลักษณะเป็นทรงกลม ปราศจากดาวเทียม และมีพื้นผิวเรียบ ผงเหล่านี้มี:
- ปริมาณออกซิเจนต่ำ: มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับคุณสมบัติทางกลที่ดีและการเชื่อมได้
- การไหลที่ดีเยี่ยม: จำเป็นสำหรับการกระจายชั้นบางๆ ที่สม่ำเสมอใน การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (การพิมพ์ 3 มิติ).
- ความหนาแน่นในการบรรจุสูง: เป็นประโยชน์สำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP)
วิธีการอื่นๆ ได้แก่ กระบวนการอิเล็กโทรดหมุนพลาสมา (PREP) และอิเล็กโทรไลซิส แต่การทำให้อะตอมเป็นละอองเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับปริมาณอุตสาหกรรม
2. ลักษณะและคุณสมบัติที่สำคัญ
ประสิทธิภาพของผงสแตนเลสถูกกำหนดโดยลักษณะสำคัญหลายประการ:
- การกระจายขนาดอนุภาค (PSD): วัดเป็นไมครอน (µm) PSD ทั่วไปสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอาจเป็น 15-45 µm ในขณะที่สำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะอาจเป็น 2-20 µm PSD ที่ควบคุมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำซ้ำของกระบวนการ
- รูปร่างของอนุภาค: ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ขึ้นอยู่กับกระบวนการ (ทรงกลมสำหรับ AM, ไม่สม่ำเสมอสำหรับ MIM)
- ความหนาแน่นปรากฏ: มวลต่อหน่วยปริมาตรของผงที่ไม่ถูกบีบอัด มักจะชอบความหนาแน่นที่สูงกว่าเพื่อการบรรจุที่ดีกว่า
- การไหล: เวลาที่ผงจำนวนหนึ่งไหลผ่านกรวยมาตรฐาน สิ่งสำคัญสำหรับกระบวนการ AM และการกดและเผาแบบอัตโนมัติ
- องค์ประกอบทางเคมี: ต้องตรงกับข้อกำหนดของเกรดสแตนเลสที่ต้องการ (เช่น 316L, 17-4PH) องค์ประกอบสำคัญ ได้แก่ โครเมียม (เพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อน) นิกเกิล (สำหรับโครงสร้างออสเทนนิติกและความเหนียว) และโมลิบดีนัม (เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุม)
- การติดไฟเอง: ผงโลหะละเอียดสามารถติดไฟหรือระเบิดได้เมื่อแขวนลอยอยู่ในอากาศ ผงสแตนเลสติดไฟเองน้อยกว่าโลหะบางชนิด (เช่น อะลูมิเนียม) แต่ยังคงต้องใช้ความระมัดระวังในการจัดการเพื่อป้องกันการระเบิดของฝุ่น
3. เกรดผงสแตนเลสทั่วไป
เกรดออสเทนนิติก:
- 316L: เกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและ MIM ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม คุณสมบัติทางกลที่ดี และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ใช้ในงานทางทะเล เคมี การแพทย์ และการแปรรูปอาหาร
- 304L: คล้ายกับ 316L แต่มีนิกเกิลน้อยกว่าและไม่มีโมลิบดีนัม ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนน้อยกว่าเล็กน้อยแต่ประหยัดกว่า
เกรดมาร์เทนซิติก / การชุบแข็งด้วยการตกตะกอน:
- 17-4PH (630): สามารถอบชุบหลังจากการผลิตเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความแข็งสูงมากในขณะที่ยังคงความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ใช้สำหรับส่วนประกอบอากาศยาน เฟือง และชิ้นส่วนวิศวกรรมที่รับแรงดันสูง
- 420: มีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงหลังจากการอบชุบ แต่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนน้อยกว่าเกรดออสเทนนิติก ใช้สำหรับเครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร แม่พิมพ์ และเครื่องมือผ่าตัด
เกรดดูเพล็กซ์:
- Duplex 2205: มีโครงสร้างจุลภาคแบบผสมของออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์ ส่งผลให้มีความแข็งแรงสูงมากและทนทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดได้ดีเยี่ยม ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งและเคมี
4. การใช้งานหลักและกระบวนการผลิต
ผงสแตนเลสเป็นวัตถุดิบสำหรับเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงหลายอย่าง:
การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโลหะ (AM / การพิมพ์ 3 มิติ):
- การหลอมรวมเตียงผงด้วยเลเซอร์ (L-PBF): เลเซอร์จะหลอมชั้นของผงอย่างเลือกสรรเพื่อสร้างส่วนประกอบที่ซับซ้อน น้ำหนักเบา และบูรณาการโดยตรงจากแบบจำลอง CAD
- การพ่นสารยึดเกาะ: สารยึดเกาะเหลวจะถูกพ่นลงบนเตียงผงเพื่อสร้างชิ้นส่วน "สีเขียว" ซึ่งต่อมาจะถูกเผาในเตาเผา
- การสะสมพลังงานแบบนำวิถี (DED): ผงจะถูกเป่าเข้าไปในบ่อหลอมที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์หรือลำแสงอิเล็กตรอน โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการซ่อมแซมหรือเพิ่มคุณสมบัติให้กับชิ้นส่วนที่มีอยู่
การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM):
ผงจะถูกผสมกับสารยึดเกาะโพลิเมอร์เพื่อสร้างวัตถุดิบที่ถูกฉีดขึ้นรูปในแม่พิมพ์ จากนั้นจึงนำสารยึดเกาะออก (การแยกสารยึดเกาะ) และเผาชิ้นส่วนให้มีความหนาแน่นเกือบเต็มที่ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ซับซ้อนจำนวนมาก
การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP):
ผงจะถูกวางในภาชนะและอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันก๊าซไอโซสแตติก ทำให้แข็งตัวเป็นบิลเล็ตหรือส่วนประกอบที่มีรูปร่างใกล้เคียงสุทธิ
การกดและเผา (P/M):
ผงจะถูกกดในแม่พิมพ์แข็งเพื่อสร้างคอมแพค "สีเขียว" ซึ่งจะถูกเผาในเตาเผาบรรยากาศควบคุม ทั่วไปสำหรับการทำตัวกรองและส่วนประกอบที่มีรูพรุน
5. ข้อดีของการใช้ผงสแตนเลส
- อิสระในการออกแบบ: ช่วยให้สามารถผลิตรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน ช่องทางภายใน และโครงสร้างแลตทิซได้
- ประสิทธิภาพของวัสดุ: กระบวนการใกล้เคียงสุทธิช่วยลดของเสียจากวัสดุเมื่อเทียบกับการตัดเฉือนแบบลบออก
- การรวมชิ้นส่วน: สามารถออกแบบและพิมพ์ส่วนประกอบหลายส่วนเป็นส่วนเดียวได้ ซึ่งช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและลดการประกอบ
- คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม: ชิ้นส่วนสุดท้ายสามารถบรรลุคุณสมบัติทางกลและความทนทานต่อการกัดกร่อนที่เทียบเท่า และบางครั้งเกินกว่าส่วนประกอบที่ขึ้นรูป
- การผลิตจำนวนมาก: กระบวนการต่างๆ เช่น MIM ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ในปริมาณมาก
6. การจัดการ การจัดเก็บ และความปลอดภัย
ผงสแตนเลสต้องใช้โปรโตคอลความปลอดภัยที่เข้มงวด:
- การป้องกันการระเบิด: ต้องเก็บและจัดการในบรรยากาศเฉื่อย (เช่น ไนโตรเจน) หรือด้วยอุปกรณ์ป้องกันการระเบิด การต่อสายดินที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต
- สุขภาพและความปลอดภัย: การสูดดมผงโลหะละเอียดเป็นอันตรายต่อสุขภาพ การดำเนินงานต้องดำเนินการในพื้นที่ที่มีอากาศถ่ายเทสะดวกหรือภายในระบบปิด (เช่น เครื่องพิมพ์ AM) และบุคลากรควรใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) ที่เหมาะสม เช่น เครื่องช่วยหายใจ
- การจัดเก็บ: เก็บในที่เย็นและแห้งในภาชนะที่ปิดสนิทเพื่อป้องกันการดูดซับความชื้นและการเกิดออกซิเดชัน
