Привет! Если вы когда-либо пробовали металлическую 3D-печать, термическое напыление или современное производство деталей, вы, вероятно, часто слышали термин «порошок сплава». Но вот что сбивает с толку многих людей, особенно новичков, только вступающих в игру: что на самом делеявляетсяразмер частиц порошка сплава? Я понимаю, это не самая гламурная часть процесса, но поверьте мне, от этого зависит, каким окажется ваш конечный продукт. Как человек, который занимается порошковыми сплавами уже более десяти лет, я отвечал на этот вопрос сто раз, поэтому давайте разберем его так же, как я бы сделал это для нового клиента, заходящего в мой офис.
Во-первых, давайте не будем слишком усложнять. Размер частиц порошка сплава — это всего лишь показатель того, насколько велики (или малы) крошечные металлические частицы в вашей партии — вот и все. Но это не универсальное число. Это диапазон, да? Например, не каждая частица имеет размер ровно 20 микрон; у вас есть распределение, и это распределение — самое главное. Для контекста: микрон — это миллионная доля метра, поэтому песчинка обычно имеет размер 90 микрон или больше, а толщина человеческого волоса составляет около 50 микрон. Понял? Поэтому, когда мы говорим о размерах порошка, мы находимся в этом крошечном, крошечном мире.
Позвольте мне выразить это реальными словами, поскольку я продаю различные типы порошков сплавов для всех видов работ. Возьмем, к примеру, порошок титанового сплава — если вы используете его для 3D-печати методом плавления в порошковом слое (это необычный вид, когда вы плавите слои порошка для изготовления детали), вам нужен диапазон размеров от 15 до 45 микрон. Если он слишком большой, принтер не сможет наложить достаточно тонкий слой, поэтому ваша деталь может иметь зазоры или быть хрупкой. Если он слишком мал, порошок становится комковатым и трудно сыпучим, плюс это может вызвать проблемы с пылью, с которой нам нужно очень осторожно обращаться с титаном, потому что он реактивен. Следует отметить, что для разных приложений требуются разные диапазоны, поэтому всегда проверяйте характеристики вашего процесса. И, эй, если вам нужно больше деталей, посетите нашу страницу с порошками титановых сплавов, чтобы узнать точные диапазоны, которые мы предлагаем для различных случаев использования.
Подождите, давайте поговорим о том, почему размер имеет значение, помимо просто «растекания» или «печати». Допустим, вы используете порошок ферросплава для покрытия деталей, чтобы сделать их устойчивыми к ржавчине или сверхтвердыми. Если частицы слишком крупные, покрытие будет неравномерным — появятся толстые и тонкие пятна, а тонкие быстро изнашиваются. Но если они слишком мелкие, порошок может не «разбрызгаться» сразу при распылении, и вы получите грубое, пористое покрытие, которое не будет хорошо защищать. Что касается порошка ферросплавов, мы обычно работаем с диапазоном частиц от 45 до 150 микрон для термического напыления, и мы проверяем его снова и снова, чтобы убедиться, что он работает. Вот почему мы не просто продаем случайный порошок — мы четко определяем распределение по размерам, потому что оно напрямую влияет на ваш конечный результат.
Еще один большой: порошок карбида вольфрама и кобальта. Этот материал используется для изготовления режущих инструментов, сверл и деталей, которые должны выдержать испытания. Размер частиц здеськритическийпо твердости и прочности. Если у вас более мелкие частицы карбида вольфрама (например, от 1 до 10 микрон), вы получите более твердый инструмент, который сможет дольше удерживать заточку, но он немного более хрупкий. Если вы используете более крупные частицы (от 10 до 30 микрон), инструмент становится жестче, но изнашивается быстрее. Итак, наше сочетание заключается в том, чтобы сбалансировать это — в зависимости от того, что нужно клиенту. Раньше к нам приходили клиенты с плохой партией, потому что они использовали порошок неподходящего размера для своих режущих лезвий, и он просто не работал. Не совершайте этой ошибки: размер здесь решает все.
Давайте переключимся на что-то более знакомое: порошок алюминиевой бронзы. Этот сплав золотого цвета часто используется для изготовления декоративных деталей, подшипников и компонентов клапанов. Для деталей, требующих гладкой поверхности, таких как декоративные детали, мы используем частицы меньшего размера — например, от 10 до 50 микрон — потому что они ложатся равномерно и придают красивый однородный вид. Однако для подшипников мы могли бы использовать немного более крупный диапазон (от 50 до 100 микрон), поскольку частицы немного большего размера улучшают смазку при движении подшипника. У меня был клиент, который изготавливал металлические украшения на заказ из нашего порошка алюминиевой бронзы, и он был уверен в прекрасном размере, потому что благодаря этому их отлитые детали выглядели как настоящая бронза - без острых краев. Именно такой размер деталей привносит в таблицу.
А порошок никелевого сплава — о боже, это рабочая лошадка для высокотемпературных применений, например, для деталей реактивных двигателей или промышленных печей. Эти детали должны выдерживать безумную температуру, поэтому порошок должен плавиться равномерно и прочно сцепляться. Если размер частиц слишком неравномерен, некоторые частицы расплавятся раньше других, что приведет к появлению слабых мест или несоответствий в конечной детали. Для порошка никелевого сплава, используемого при лазерной плавке, мы придерживаемся размера от 15 до 53 микрон, а для термонапыленных покрытий для высокотемпературных компонентов мы используем немного более крупный размер (от 45 до 150 микрон). Мы протестировали этот материал в печах, работающих при температуре 1000°C, и порошок нужного размера не растрескивается и не расслаивается – неправильный размер – и он быстро выходит из строя. Именно на такую надежность рассчитывают наши клиенты, и она начинается с правильного выбора размера.
Как же нам на самом деле измерить этот размер? Очевидно, это не похоже на использование линейки. Мы используем метод, называемый лазерной дифракцией: вы пропускаете лазер через образец порошка, и то, как рассеивается свет, говорит нам, насколько велики частицы. Он быстрый и точный, поэтому его используют все хорошие поставщики порошков. Мы также просеиваем порошок через ячейки разного размера, чтобы разделить частицы на определенные диапазоны — например, если вам нужен только размер 15–45 микрон, мы отсеиваем все, что меньше 15 и больше 45. Иногда мы проводим и лазерную дифракцию, и ситовой анализ, чтобы перепроверить, потому что вы не хотите никаких сюрпризов, когда порошок попадет в ваш цех.
Мне часто задают вопрос: означает ли «лучше» «лучше»? Короткий ответ: нет. Если вы используете порошок для детали, которая должна быть прочной, лучше использовать более грубый порошок. Если вам нужна гладкая поверхность или жесткие допуски, лучше выбрать более тонкий вариант. Все зависит от вашего процесса и того, что будет делать деталь. Однажды у меня был клиент, который заказал сверхтонкий титановый порошок, потому что думал, что из него получится более прочная 3D-печатная деталь, но в итоге это вызвало проблемы с потоком в его принтере и привело к получению деталей с большей пористостью. Мы отрегулировали его до диапазона 20–63 микрон, и его детали стали намного лучше. Вот почему речь о размере идет не только о цифрах, а о сопоставлении этих цифр с вашими конкретными потребностями.
Еще одна вещь, о которой следует помнить: форма частиц тоже может зависеть от размера, но это уже совсем другой разговор. Круглые частицы текут лучше, поэтому большая часть порошка распыляется (распыляется на крошечные капли, которые затвердевают в сферы). Частицы неправильной формы могут иметь различное распределение размеров, но подходят для определенных применений, например, для литья металлов под давлением. Но даже несмотря на форму, размер по-прежнему является основой всего. У вас может быть круглый порошок неподходящего размера, и он все равно не будет работать должным образом.
Поэтому, если вы ищете порошок сплава, не спрашивайте просто «порошок сплава» — спросите о диапазоне размеров частиц. Если вам нужен титан для 3D-печати, ферросплав для покрытий, карбид вольфрама и кобальта для режущих инструментов, алюминиевая бронза для декоративных деталей или никелевый сплав для высокотемпературных работ, размер будет решающим фактором в вашем проекте. Кстати, у нас также есть нестандартные диапазоны — если вам нужно что-то, чего нет в наличии, мы можем работать с вами, чтобы подобрать именно тот размер, который вам нужен.
В конце концов, я занимаюсь этим достаточно долго, чтобы понимать, что людям просто нужен порошок, на который они могут рассчитывать. Они не хотят иметь дело с деталями, которые выходят из строя из-за того, что порошок был неподходящего размера, или с необходимостью переделывать целую партию из-за того, что они выбрали неправильный диапазон. Вот почему мы уделяем большое внимание прозрачности: мы точно сообщаем вам, какой размер вы получаете, как он измеряется и почему этот диапазон подходит для вашего приложения. Если вам надоело иметь дело с поставщиками, которые просто продают «порошок» без подробностей, обращайтесь к нам. Мы будем рады подробно рассмотреть ваш проект, ответить на все ваши вопросы о размере частиц и подобрать вам порошок сплава, подходящий для вашей работы. Не позволяйте такой маленькой детали, как размер частиц, испортить ваш следующий большой проект — свяжитесь с нами, и мы позаботимся о том, чтобы вы получили именно то, что вам нужно.
Ссылки:
- ASTM B821-21, Стандартный метод определения гранулометрического состава металлических порошков и родственных соединений методом лазерной дифракции
- Пауэлл, Г.Л., и Эдингтон, Дж.В. (1980). Влияние размера частиц порошка на свойства спеченных сплавов. Журнал материаловедения, 15 (10), 2570-2578.
- Общество термического распыления. (2020). Справочник по технологии термического напыления (2-е изд.). АСМ Интернешнл.
- Крут Дж. П., Леви Г., Клок Ф. и Чайлдс ТГК (2007). Явления консолидации в лазерном и порошковом многослойном производстве. Анналы CIRP - Производственные технологии, 56 (2), 730-759.