원자화된 금속 분말 맞춤형 입자 크기, 모양 및 야금학적 특성을 가진 공급 원료가 필요한 적층 제조 및 용사 등의 제조 방법을 지원합니다. 이 가이드에서는 상업용 원자화 분말에 대한 생산 공정, 사양, 적합한 금속, 용도, 공급업체 선택 및 대안을 검토합니다.
원자화된 금속 분말 개요
분무는 용융 금속 스트림을 미세한 구형 액적 스프레이로 변환하여 빠르게 냉각시켜 분말 형태로 만듭니다. 화학적 침전과 같은 대안과 비교한 주요 특성은 다음과 같습니다:
- 10미크론에서 300미크론 이상까지 입자 크기 분포 제어
- 불활성 가스 분위기에서 반응성 합금을 처리하는 능력
- 신속한 응고로 더 미세한 미세 구조 생성
- 산소 및 질소 불순물 수준 감소
- 50%+를 목표로 하는 높은 파우더 수율로 인한 비용 효율성
- 대부분의 상업용 금속 및 합금을 제조할 수 있는 적응성
사용 가능한 생산 방법, 사양, 응용 분야 및 경제성을 이해하면 금속 분말을 선택할 때 분무의 장점과 한계를 적절히 활용할 수 있습니다.
금속 분말 분무 방법
산업용 저울은 가스, 물 또는 원심분리 공정을 통한 분무화가 필요합니다:
| 방법 | 설명 | 사용된 금속 | 입자 크기 |
|---|---|---|---|
| 가스 | 초음속 불활성 가스 제트가 금속 흐름을 분말로 변환합니다. | 가장 일반적입니다. 반응성 물질 호환 | 10㎛ - 150㎛ |
| 물 | 고압의 물이 용융 금속을 분해하여 빠른 담금질에 노출시킵니다. | 주로 구리와 철입니다. 제한된 반응성 물질 | 5 μm - 350 μm |
| 원심 분리기 | 회전하는 디스크에서 바깥쪽으로 가속된 용융 금속. 빠르게 냉각되어 가루가 됩니다. | 대부분의 금속과 호환됩니다. 낮은 반응성 기능 | 45μm - 1mm+ |
표 1. 출력 특성과 함께 금속 분말 생산을 위한 상용 규모 분무 기술
각 기술은 입자 크기, 분말 수율, 담금질 속도 및 광범위한 금속 제품군에서의 호환성과 관련하여 고유한 이점을 제공합니다.
분무와 호환되는 금속 및 합금
원자화를 통해 대부분의 상업용 금속과 합금을 처리할 수 있습니다:
- 알루미늄과 바나듐을 함유한 티타늄 합금
- 니켈 기반 인코넬 및 코발트 기반 헤인즈 합금과 같은 초합금
- 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨과 같은 고온 금속
- 크롬 및 망간과 같은 반응성 원소
- 금, 은, 백금을 포함한 귀금속
- 내화성 금속: 니오븀, 지르코늄, 하프늄
- 일반적인 오스테나이트계 스테인리스강 316L 및 304L 종류
용융 상태에서의 강한 화학 반응성은 순수 망간이나 크롬과 같은 일부 원소 금속에 대한 적용 가능성을 제한합니다. 그러나 합금에 혼합하면 분무 호환성을 통해 반응성의 단점을 완화할 수 있으며, 이는 다른 분말 생산 방식에 비해 유리합니다.
특성 및 속성 원자화된 금속 분말
분무는 생산 공정 요구 사항을 충족하는 맞춤형 분말 특성을 가진 금속 분말을 출력합니다:
입자 크기 분포
- 10미크론에서 1mm 크기까지 조정 가능하며, 정확한 분율로 체질 가능
파티클 모양
- 특히 불활성 가스 분무의 경우 주로 구형 형태입니다.
내부 다공성
- 신속한 응고 및 불활성 처리로 갇힌 가스가 공극을 만드는 것을 최소화합니다.
화학적 순도
- 불활성 가스 분무 재료에 대해 99%+ 달성 가능. 물 분무는 약간 적습니다.
표면 산화물
- 물 분무는 비활성 분무 보호막에 비해 표면 산소 오염을 5-15배 더 억제합니다.
미세 구조 단계
- 주조 잉곳에 비해 빠른 담금질로 둥글게 처리됨
높은 화학적 청결도와 유리한 미세 구조를 유지하면서 입자 크기와 모양 파라미터를 최적화하는 기능은 이러한 특성이 공정 성공과 최종 부품 성능 실현에 중대한 영향을 미치는 적층 제조 공급 원료에 원자화된 금속 분말을 사용하는 데 적합합니다.
분무로 인한 금속 분말 크기 사양
원자화된 금속 분말 로트는 입자 크기 분포에 따라 분류됩니다. 일반적인 체 크기는 다음과 같습니다:
| 메시 | 미크론 크기 | 일반적인 사용법 |
|---|---|---|
| +100 | >150 μm | 용사 부품 및 코팅 |
| -100 +325 | 105 - 150 μm | 열간 등방성 프레싱 전구체 |
| -325/+500 | 32 - 105 μm | 바인더 제트/콜드 스프레이 3D 프린팅 |
| -500 | <32 μm | 파우더 베드 융합 적층 제조 |
표 2. 제조 공정 호환성에 맞춰 분류된 분무 금속 분말의 입자 크기 범주
대부분의 독점 분무 시스템은 공정 용융 스트림으로 다시 재활용되는 대형 및 소형 분획을 체로 분리한 후 제조 등급 사양 내에서 수집된 분말의 수율을 50%+로 목표로 합니다.
분무 금속 분말의 산업 사양
다양한 협회에서 상업용 금속 분말에 대한 성분, 화학적, 물리적 특성 표준을 관리하고 있습니다:
| 엔티티 | 표준 번호 | 적용되는 금속 |
|---|---|---|
| ASTM 국제 | F3049 | 티타늄 및 티타늄 합금 |
| ASTM 국제 | F3056 | 니켈 및 니켈 합금 |
| ASM 인터내셔널 | MMPDS-06 | 여러 금속 머티리얼 프로퍼티 |
| APMI 국제 | ANSI/APMI B.101 | 구리 및 구리 합금 |
표 3. 원자화된 재료의 품질 보증에 유용한 체질 화학 및 분말 메트릭에 적용 가능한 사양을 제공하는 무역 그룹
또한 개별 제조업체는 반응성 합금 가공에 중요한 최대 산소 또는 질소 임계값과 같은 고유한 합금 또는 특수한 특성을 다루는 좁은 범위의 사양을 제공합니다.
인증 범위를 검토하면 표준이 구매자가 요구하는 조성 창, 홀 유량과 같은 허용 가능한 분말 특성, 분무 기능 및 후속 생산 공정 요구 사항과 일치하는 화학적 순도 수준을 적절히 포함하도록 보장합니다.
원자화된 금속 분말의 응용 분야 및 용도
산업 제조를 위한 백본 공급원료를 제공하는 주요 금속 분말 응용 분야는 다음과 같습니다:
적층 제조
- 항공우주 부품 - 터빈 블레이드, 에어포일
- 의료용 임플란트 - 고관절, 무릎 및 치아 대체물
- 툴링 - 경량의 컨포멀 냉각 플라스틱 사출 금형
- 화학 반응기 - 고표면 구조의 촉매 지지대
열 스프레이
- 오일 및 가스 부식 방지 코팅 - 다운홀 공구
- 마모에 강한 인쇄 롤 표면
- 크롬 대체 자동차 표면
- 고방출 저마찰 건축용 유리 몰드
분말 야금
- 자동차 변속기 기어 및 엔진 부품
- 모터 및 센서의 영구 자석
- 다이아몬드 툴링 인서트 및 절삭 공구
- 특정 전도도를 활용한 전기 접점
파운데이션 공급 원료는 최종 사용 형상으로 통합할 수 있는 결합된 화학 물질과 정제된 분말 텍스처가 필요한 모든 응용 분야에 적합합니다.
분무 금속 분말 제조업체 및 공급업체
의료, 항공우주 및 산업 시장에 분무 기능을 제공하는 선도적인 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:
| 회사 | 위치 |
|---|---|
| 샌드빅 | 스웨덴 |
| 카펜터 기술 | 미국 |
| 프렉스에어 | 미국 |
| 회가나스 | 스웨덴 |
| 파이로제네시스 | 캐나다 |
| 에라스틸 | 프랑스 |
표 4. 다양한 공정 기술로 분무 금속 분말 생산을 제공하는 유명 제조업체
2차 브로커도 분말을 유통하지만 모범 사례는 공장에서 직접 조달하여 로트 추적성을 제공하고 주요 생산업체와 최종 부품 제조업체 간에 자재를 오염시키는 중개 품질 위험을 제거합니다.
대상 가격 원자화된 금속 분말
가격은 구성, 입자 크기 분포, 생산량 및 품질에 따라 달라집니다:
| 재질 | 킬로그램당 가격 |
|---|---|
| 티타늄 Ti64 | $50 - $150 |
| 니켈 초합금 | $50 - $250 |
| 스테인리스 스틸 | $5 - $30 |
| 공구강 | $2 - $15 |
소량으로 제조되는 틈새 합금은 용광로 전환을 상쇄하는 높은 가격을 요구합니다. 스테인리스강과 같이 대량으로 재가공되는 원자재 금속은 가장 낮은 비용을 제공합니다. 그러나 구매자는 최종 부품의 사용량 대비 성능 향상을 비교하여 공정한 상대적 가치를 검증합니다.
원자화된 금속 분말의 장단점
장점 원자화된 금속 분말을 사용합니다:
- 상업적 생산 속도에서 제어된 입자 크기 분포
- 불활성 가스 공정의 구형 분말 형태
- 신속한 고형화 및 불활성 처리로 화학적 청결성 제공
- 다양한 특수 합금 공급원료 요구사항에 적응
제한 사항 를 고려해야 합니다:
- 가공 제품 형태에 비해 10~100배의 원재료 비용 증가
- 리드 타임이 길어 온디맨드 유연성이 제한적인 경우
- 파우더의 품질이나 비용을 과도하게 지정하지 않도록 주의해야 합니다.
제한 사항과 혜택에 적절한 가중치를 부여하면 눈에 띄는 고객 가치를 창출하지 못하는 유행어 기술을 사용하기 위해 과다 지출하는 것을 방지할 수 있습니다.
다른 금속 분말 생산 방법과의 비교
일반적인 금속 분말 제조 방식 간의 장단점:
| 방법 | 확장성 | 비용 | 순도 | 파티클 제어 | 금속 제한 |
|---|---|---|---|---|---|
| 원자화 | 매우 높음 | $$$$ | 높음 | 우수 | 일부 원소 금속 |
| HDH | 낮음 | $ | Medium | Poor | 파이로포릭 |
| 전기 분해 | 높음 | $$ | 중간에서 높음 | 보통 | |
| 화학적 강수량 | 높음 | $ | Medium | Poor |
표 5. 상업적 규모의 금속 분말 생산 방식에 대한 정성적 비교
최적화된 파우더 특성으로 많은 양을 생산할 수 있지만, 원자화는 가격 프리미엄이 붙기 때문에 자동차와 같이 비용에 민감한 산업에서는 도입이 제한될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 금속 분말 분무의 주요 목적은 무엇인가요?
A: 적층 제조 공정의 엄격한 요구 사항에 맞게 입자 크기와 모양 파라미터를 다른 기술에서는 무작위로 제어할 수 없는 방식으로 정밀하게 제어합니다.
Q: 재활용 금속 분말은 원래의 특성을 유지하나요?
A: 예, 산소 픽업 및 미세 구조 단계와 같은 요소는 거의 변하지 않으므로 버진 생산 분말을 보충하기 위해 재사용할 수 있습니다.
Q: 가스 분무로 10미크론 미만의 분말 크기를 얻을 수 있나요?
A: 5미크론 이하의 극미세 분포는 가능하지만 표면적이 반응성을 좌우하기 때문에 수율이 매우 낮아 상업적 적층 제조용으로 사용하기에는 경제성이 떨어집니다.
Q: 어떤 산업에서 원자화된 금속 부품을 사용하나요?
A: 항공우주, 의료, 자동차, 석유/가스 분야는 모두 원자화 공정의 고유성을 통해 생산된 맞춤형 합금과 미세 구조를 활용합니다.
