От газовой атомизации к ультразвуковой атомизации: как установка для производства порошка методом ультразвуковой атомизации позволяет получать мелкосерийные сферические металлические порошки за несколько часов?

В области производства металлических порошков технология газовой атомизации благодаря зрелости процесса долгое время применялась в условиях крупномасштабного производства. Однако с развитием аддитивного производства и исследований новых материалов быстрая валидация и мелкосерийное изготовление становятся всё более востребованными в различных научно-исследовательских сценариях. Традиционные методы производства порошков сталкиваются с новыми вызовами в отношении производственного цикла и гибкости.

Как сократить путь от разработки сплава до получения порошка, одновременно удовлетворяя потребности исследований в гибком производстве порошковых материалов? Именно в этом направлении получила развитие технология ультразвуковой атомизации. Установка для производства порошка методом ультразвуковой атомизации компании Sunway New Materials позволяет реализовать процесс от плавки сплава до получения сферического металлического порошка в течение нескольких часов, предоставляя новый технологический путь для разработки мелкосерийных металлических порошков.

I. От традиционной атомизации к ультразвуковой атомизации: перестройка логики производства порошка

Традиционное производство металлических порошков в основном использует такие технологические направления, как газовая атомизация и электродная индукционная газовая атомизация (EIGA). Базовый процесс заключается в плавлении металла, после чего высокоскоростной поток газа разрушает расплав, формируя капли, которые затем охлаждаются и затвердевают, превращаясь в порошок.

После многолетнего развития технология газовой атомизации сформировала зрелую промышленную систему производства и подходит для крупносерийного изготовления стандартизированных порошков. Однако в условиях исследований и мелкосерийного производства такие факторы, как подготовка сырья, масштаб оборудования и длительность производственного цикла, ограничивают её гибкость.

Технология ультразвуковой атомизации с плавлением в тигле использует другой принцип распыления. С помощью ультразвукового преобразователя приводится в действие вибрационный элемент, благодаря чему расплавленный металл под воздействием высокочастотных колебаний формирует жидкую плёнку и разрушается с образованием микронных капель.

Это изменение не является простой заменой традиционной технологии атомизации, а представляет собой новый технологический путь для производства металлических порошков. Благодаря использованию метода плавления в тигле ультразвуковая атомизация снижает ограничения по форме сырья и масштабу производства, что делает её более подходящей для гибких сценариев разработки порошков в малых объёмах.

II. Принцип работы: процесс формирования от расплавленного металла до сферического порошка

Технология производства порошка методом ультразвуковой атомизации с плавлением в тигле объединяет три процесса — плавление, атомизацию и затвердевание — в единый производственный цикл. На примере установки для производства порошка методом ультразвуковой атомизации компании Sunway New Materials оборудование обеспечивает непрерывный контроль этих трёх этапов, реализуя преобразование металлического сырья в сферический порошок.

Сначала металлическое сырьё загружается в тигель, где быстро расплавляется с помощью индукционного нагрева. Процесс плавления осуществляется в среде инертного газа или в вакууме. Такой способ не требует использования заранее подготовленных металлических прутков и позволяет напрямую перерабатывать различные формы металлического сырья и сплавов, обеспечивая большую гибкость при корректировке состава материалов.

После этого расплавленный металл поступает на этап ультразвуковой атомизации. Оборудование воздействует высокочастотными колебаниями 20–60 кГц на плёнку жидкого металла. Под действием вибрационной энергии жидкая плёнка разрушается, образуя большое количество микронных капель. Такие параметры, как частота ультразвука и расход расплава, влияют на размер капель и распределение частиц порошка по размерам.

На заключительном этапе капли быстро охлаждаются и затвердевают в среде инертного газа. Под воздействием поверхностного натяжения капель металлические частицы постепенно формируют сферическую структуру, в результате чего получается сферический металлический порошок с хорошей текучестью.

III. Ключевой прорыв: как ультразвуковая атомизация меняет модель производства мелкосерийных порошков

Сокращение производственного цикла при изготовлении мелкосерийных металлических порошков является не результатом улучшения одного отдельного параметра оборудования, а итогом комплексной оптимизации всего процесса производства порошка. На примере установки для производства порошка методом ультразвуковой атомизации компании Sunway New Materials основные изменения проявляются в трёх аспектах: адаптивность к сырью, интеграция процессов и возможность мелкосерийного производства.

Во-первых, оборудование упрощает этап подготовки сырья. Некоторые традиционные технологии производства порошков, особенно EIGA, требуют предварительного изготовления прутков из сплава перед процессом атомизации. Установка Sunway New Materials поддерживает использование различных видов сырья, включая готовые сплавы, лигатуры и чистые элементы, выполняя плавление и легирование непосредственно внутри оборудования, что сокращает цикл подготовки материалов.

Во-вторых, оборудование объединяет процессы плавления и ультразвуковой атомизации, делая производственный процесс более компактным.

Кроме того, возможность производства от сотен граммов до нескольких килограммов позволяет лучше адаптировать изготовление порошков к потребностям проверки материалов и корректировки технологических параметров на этапе исследований и разработки.

Таким образом, «производство порошка за несколько часов» означает не просто стремление к увеличению скорости производства, а оптимизацию процесса и гибкую настройку оборудования, позволяющую лучше удовлетворять потребности разработки новых материалов и индивидуального производства.

IV. Техническое сравнение: различия между массовым производством и гибким изготовлением порошков

Газовая и ультразвуковая атомизация не являются технологиями прямой замены друг друга, а представляют собой различные решения для разных производственных задач. Первая ориентирована на крупносерийное стандартизированное производство, вторая — на мелкосерийную разработку порошков с высокой гибкостью.

Основные различия между двумя технологическими маршрутами производства порошков представлены ниже.

V. Области применения: от лабораторных исследований до высокотехнологичного производства

Установка для производства порошка методом ультразвуковой атомизации с плавлением в тигле в основном применяется для получения порошков цветных металлов и их сплавов с температурой плавления не выше 1300 °C, включая такие материалы, как олово, цинк, магний, алюминий и свинец.

В области разработки новых материалов оборудование поддерживает мелкосерийное производство порошков и может использоваться для разработки и проверки различных систем сплавов. В сфере аддитивного производства оборудование позволяет получать металлические порошки с высокой степенью сферичности, отвечающие требованиям 3D-печати по текучести и однородности порошка.

Кроме того, особенности мелкосерийного производства делают оборудование подходящим для разработки различных типов порошков в высокотехнологичных производственных процессах, предоставляя более гибкие решения для применения специальных материалов.

VI. Будущие тенденции: от оборудования для производства порошков к инструментам разработки материалов

С постоянным ростом потребности в разработке новых материалов технология ультразвуковой атомизации с плавлением в тигле будет развиваться в направлении повышения гибкости и более точного управления процессами. На основе существующих применений в цветных металлах и их сплавах оборудование будет расширять применяемые системы материалов и повышать стабильность производства порошков за счёт оптимизации технологических параметров.

В будущем ценность установок для производства порошка методом ультразвуковой атомизации будет заключаться не только в «изготовлении порошка», но и в превращении их в важные инструменты исследований, соединяющие проектирование сплавов, разработку порошков и проверку применения, ускоряя переход разработки материалов от опытного поиска к быстрой итерации.

Ценность технологии ультразвуковой атомизации заключается не только в повышении эффективности производства порошков, но и в изменении подхода к разработке металлических порошковых материалов. Новое оборудование, представленное установкой Sunway New Materials для производства порошка методом ультразвуковой атомизации с плавлением в тигле, позволяет сделать процесс подготовки порошков более соответствующим требованиям разработки материалов и ускорить путь от проектирования сплава до проверки применения.

В будущем, по мере дальнейшего совершенствования технологии ультразвуковой атомизации, она будет способствовать переходу разработки металлических порошков от традиционной модели «сначала производство, затем проверка» к более гибкой, эффективной и быстрой модели итерационного развития, обеспечивая более сильную техническую поддержку для исследования новых материалов.