CC BY
73
УДК 621
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ В АДДИТИВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
АО. Чечуга
В работе рассмотрены способы получения металлических порошков для аддитивного производства. Проанализированы их физико-химические характеристики. Так же рассмотрены основные группы металлических порошков и сферы их применения.
Ключевые слова: текучесть порошка, плазменное распыление, газовое распыление, металлические сплавы.
Для построения детали методом аддитивных технологий применяются различные полимеры, пластмассы, а также металлические порошки. Размер гранул таких порошков составляет от 4 до 80 мкм.
Состав порошков определяется исходя из технологических задач, стоящих перед готовым изделием. Температурный режим, работа с давлением и механическим воздействием различного типа являются основными критериями при выборе материала.
Основными характеристиками порошков принято считать размер и процентное соотношение зерен. Эти параметры влияют на текучесть порошка, что в свою очередь являются важнейшим показателем его пригодности к работе. Недостаточная текучесть порошка влечет за собой забивание сопла принтера, что приводит к остановке его работы. Проверку на текучесть осуществляют на приборе Холла, представленном на рис. 1.
Рис. 1. Прибор Холла
Стоит отметить, что различные типы принтеров работают с порошками разной зернистости, и это тоже следует учитывать при подборе материала.
В зависимости от порошка изменяется и температура его термообработки. Если принтер не может создать необходимый жар, то используют дополнительное оборудование, например, подогреваемые столы.
Что касается конфигурации частиц порошка, то наилучшей считается сферическая форма. Она обеспечивает наилучшую текучесть, равномерность нагревания, плотность укладки слоя, а также наилучшую спекаемость. Готовое изделие, созданное из таких частиц, имеет оптимальные физико-механические характеристики и минимальное количество дефектов. Плотность материала после спекания составляет 99.9% от теоретических показателей.
Во время производства может возникать необходимость дополнительного уплотнения изделия. Это осуществляется путем механического давления. Однако, стоит помнить, что чем больше изначальный размер частиц, тем больше потенциал к последующему сжатию, и, соответственно, низкий потенциал сжатия и мелких частиц.
Основными способами получения порошков являются плазменное и газовое распыление.
Способ плазменного распыления заключается в том, что проволоку металла подают с заданной скоростью в верхнюю часть распылителя, далее происходит процесс плавления высокими температурами посредствам газовой горелки, после чего расплавленный металл в пламени образует твёрдые частицы сферической формы.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 12
ИнрНя^ир
порошка
Пограничным слой
Профильсоетла плазмотрона
Рис. 2. Схема движения частицы в струе плазмы Уравнение нагрева частиц в струе плазменной горелки представлено ниже:
д1 ~ г2 дг ^ ^ дг^
где Н - энтальпия, кДж; Т - температура, К; г - радиус частицы, м; ц - теплопроводность, Вт/(м*К).
В свою очередь, метод газового распыления заключается в направлении на струю расплава сопл, создающих кольцевой поток. Для этого используют инертный газ, например азот, или воздух. Под струями газа, нарушается течения потока расплава, и от него отрываются частички металла, после остывания которых и образуются гранулы порошка. Пример такой установки представлен на рис. 3.
Вакуумная камера Индукционная
Промежуточный металл опри см ник Струя ннертаого газа
Распит ггып, мая колонна
—
Сборник порошка
Рис. 3. Установка для газового распыления.
В зависимости от целей использования изделий, полученных аддитивным методом, подбирают необходимый металл или сплав, поэтому аддитивное производство достаточно изобильно на материалы. Можно выделить основные группы металлических порошков:
- Нержавеющие сплавы: АШ 410, АМ 904L, 15-5РН и др.
Их основной особенностью является содержание хрома не менее 12%, в результате чего на поверхности образуется оксид хрома являющейся защитой от коррозии. Спектр их применения: изготовление клапанов, пружин, арматуры крекинг-установок, а так же узлов работающих в высокотемпературных условиях от 550 до 800°С.
- Инструментальные сплавы: 1.2344, 1.2343, 1.2709 и др.
Основными особенностями являются содержание в составе 0,7% углерода, а также высокие физико-химические свойства. Спектром их применения выступает создание инструментов для различных производственных сфер.
- Никелевые сплавы: 1псопе1 939, 1псопе1 625, NX и др.
Главной особенностью этих сплавов является высокая температурная стойкость, что позволяет выдерживать температуру до 1100°С на протяжении длительного времени. Широко применяются в авиационных технологиях.
- Кобальт-хромированные сплавы: CoCr.
Обладает высокими физико-химическими свойствами, из-за чего широко применяется в авиастроении, машиностроительном производстве, электронике и многом другом.
- Цветные металлы: CuSn10, CuSn6.
Их основными особенностями являются высокая теплопроводность и коррозионная стойкость. Нашли применение в создании высокоэффективных сложных систем охлаждения.
- Алюминиевые сплавы:AlSi7Mg0.6, AlSi12, AlSilOMg и др.
Широко распространены из-за низкой стоимости, коррозийной стойкости, хорошей тепло- и электропроводности. Имеют потенциал применения во всех отраслях промышленности.
- Титановые сплавы: TiGd II, Ti6Al17Nb, Ti6Al4V.
Основными особенностями этих сплавов являются высокая прочность и легкость, а также жаростойкость. Широко применяются в аэрокосмической, автомобилестроительной и судостроительной областях.
Таким образом, можно сказать, что, благодаря разнообразию производственных материалов и их широты представления на рынках, аддитивное производство имеет огромные потенциал во всех производственных сферах, делая производственный процесс более гибким и высокотехнологичным.
Список литературы
1. Валетов В.А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы). Учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 63 с.
2. Вальтер А.В. Послойный синтез армированных объёмных изделий // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. Т.2. №12. С. 222 - 229.
3. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. №5. С. 717.
4. Гиршов В.Л., Котов А.А., Цеменко В.Н. Современные технологии в порошковой металлургии: учеб. Пособие. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2010. 385 с.
Чечуга Антон Олегович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
USE OF METAL POWDERS IN ADDITIVE PRODUCTION A.O. Chechuga
The paper considers the methods of obtaining metal powders for additive manufacturing. Their physical and chemical characteristics are analyzed. The main groups of metal powders and their scopes of application are also considered.
Key words: powder fluidity, plasma spraying, gas spraying, metal alloys.
Chechuga Anton Olegovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
