Технология получения металлических порошков на сегодняшний день является наиболее признанной во всех отраслях промышленности.

В порошковой металлургии используется широкий спектр сплавов, от припоев для электронной промышленности, жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта и железа для авиационной промышленности, гидридных и магнитных сплавов, сплавов таких активных металлов как титан для производства катодов.

Производственные этапы, используемые для получения порошков, включают плавление, распыление и затвердевание соответствующих металлов и сплавов. Такие методы получения порошков как восстановление и распыление струей воды ограничены в использовании по причине особых требований к  качеству порошков, таких как геометрия частиц, морфология частиц и химическая чистота.

Распыление инертным газом в сочетании с индукционной плавкой в вакууме является ведущей технологией в производстве высококачественных металлических порошков со следующими специфическими требованиями:

• Сферическая форма
• Чистота
• Быстрая кристаллизация
• Однородная микроструктура

ALD имеет возможность сочетать различные технологии плавления с распылением инертным газом, что делает возможным производство жаропрочных сплавов, сверхчистых и активных материалов.Использование металлических порошков:

• Никелевые жаропрочные сплавы для авиационной промышленности и энергетики
• Припои
• Гидридные металлы
• Износостойкие покрытия
• Порошки для гранульной металлургии
• Магнитные сплавы
• Производство катодов для электроники
• Защитные покрытия из MCRALY

Вакуумная установка для индукционной плавки и распыления инертным газом
Стандартная конструкция вакуумной установки для распыления инертным газом (VIGA) сочетает печь для вакуумного индукционного плавления (VIM), где сплавы плавятся, очищаются и дегазуются. Очищенный расплав сливается по предварительно нагретому желобу в газовую форсунку, где металл распыляется струей инертного газа под высоким давлением. Полученный металлический порошок затвердевает в полете в башне, расположенной прямо под распылительной форсункой. Смесь порошка и газа транспортируется по трубопроводу в циклонную установку, где крупные и мелкие фракции порошка отделяются от распылительного газа. Металлический порошок собирается в герметичные контейнеры, расположенные под циклонной установкой. 

ALD разработала установки распыления, где различные технологии плавки комбинируются с распылением инертным газом. Системы распыления, построенные ALD имеют модульную конструкцию и подходят к лабораторным установкам (объем тигля 1-8 л), для опытного производства (объем тигля 10-50 л) и до промышленных систем (объем тигля до 300 л).

Установка распыления VIGA для серийного производства
Фотография на этой странице изображает большую установку распыления инертным газом для серийного производства. Плавильный тигель этой установки имеет макс. производительность до 2 т. Распылительная башня соединена с плавильной камерой при помощи двойной двери с установленными на ней тиглями. Каждая из дверей установки оборудована устройством для индукционной плавки. Данная конструкция позволяет очень быструю замену тигля. Пока один из тиглей находится в работе, другой может в это время чиститься либо набиваться. Это уменьшает время простоя установки при смене операций. Дополнительно конструкция с двойной дверью повышает гибкость установки, поскольку в одной установке может использоваться разное плавильное оборудование. Плавильная камера оборудована погрузчиком для кускового материала, двумя устройствами для измерения температуры и резервной системой разливки.

Каждая из литниковых воронок, включая форсунку для подачи газа, закреплена на тележке. Тележку можно сдвигать в сторону для погрузки и разгрузки без продувки установки и нарушения печной атмосферы. Резервная система разливки делает возможной высокую гибкость установки при закупорке выходного отверстия форсунки. В этом случае, резервная предварительно нагретая система разливки, находящаяся в положении готовности, перемещается в положение разливки для продолжения процесса.

Получение металлических порошков без использования керамики
«Стандартная» конструкция установок распыления газом с устройством индукционного плавления использует керамический плавильный тигель, а также литниковую воронку и носик форсунки. Из-за контакта между расплавленным металлом и керамикой тигля и материалом форсунки, в расплаве могут появиться керамические включения, что негативно сказывается на качестве материала высокопрочных порошковых деталей. Порошки активных металлов, напр. титановых сплавов, вообще не могут производиться по этой технологии из-за реакции между расплавом и керамикой. Для решения данной проблемы необходимо применять технологии плавления, при которых расплав не находится в контакте с керамическим тиглем. Кроме того, во время плавления желательна дополнительная очистка металла. Типичными материалами, получаемыми по технологии без использования керамики, являются тугоплавкие и активные материалы, напр. Ti, TiAl, FeGd. FeTb, Zr и Cr.

EIGA
В установках EIGA (индукционная плавка электрода с распылением газом) прутки после предварительной плавки в форме электродов проходят индукционную плавку и распыляются без использования плавильного тигля. Плавление производится опусканием медленно вращающегося электрода в кольцевой индуктор. Капли металла скапывают с электрода в систему форсунок и распыляются инертным газом. Технология EIGA была изначально разработана для сплавов таких активных металлов как титан либо для тугоплавких сплавов. Она может также использоваться для многих других материалов.

PIGA
Для получения порошков, свободных от керамических включений и для распыления активных и/или тугоплавких сплавов, плавление может также производиться посредством разряда плазмы в водоохлаждаемом медном тигле. Для процесса плазменной индукционной плавки с распылением инертным газом используется сокращение PIGA. Дно тигля по технологии PIGA соединено с распылительной форсункой с индукционным нагревом, также сделанной из медного сплава. Эта система распыления без использования керамики подводит струю жидкого металла к форсунке, где происходит ее распыление инертным газом.

VIGA-CC
Активные металлы, напр. титан, или интерметаллидные сплавы TiAl могут также плавиться в медном индукционном тигле с холодными стенками, оборудованном системой донного слива. Отверстие в дне тигля соединено с системой CIG. Сокращение CIG обозначает проводящую систему с холодными стенками и запатентовано ALD. VIM-CC обозначает вакуумную индукционную плавку и распыление газом на основе технологии плавки в тигле с холодными стенками.

ESR-CIG
Высококачественные сплавы для авиационной промышленности обычно получаются посредством так называемого «процесса тройной переплавки». Во время этого процесса очистка материала производится при помощи химически активного шлака во время этапа электрошлакового переплава. Сочетание технологии электрошлакового переплава с системой слива расплава без использования керамики (CIG) дает производственную технологию для получения порошкового материала с высокой степенью чистоты и химической однородности. По технологии ESR-CIG (электрошлаковый переплав с проводящей системой с холодными стенками) распыляемый материал подается в виде электрода. Электрод опускается в металлургический шлак. Кончик электрода плавится в месте контакта со шлаком, формируются капли очищенного металла, которые проходят через слой шлака.

Под слоем шлака формируется слой расплавленного металла, который собирается в медный водоохлаждаемый тигель. По проводящей системе с холодными стенками металл поступает к форсунке, где распыляется мощной струей инертного газа.

Распылительная формовка
За последнее десятилетие наряду с традиционной технологий получения порошков распылительная формовка приобретает все большее значение. Эта уникальная технология позволяет напрямую получать полуфабрикаты деталей. По сравнению с компактированием возможно исключить целый ряд этапов процесса, минимизируется усваивание кислорода и значительно уменьшается риск загрязнений по сравнению с горячим изотермическим прессованием порошка.

Принципы распылительной формовки заключаются в том, чтобы распылить расплавленный металл и быстро охладить его в сборнике. При перемещении сборника формируется полуфабрикат. Из-за высокой скорости охлаждения, возникающей во время распыления получается мелкозернистая структура без макросегрегации. В зависимости от конструкции распылителя можно использовать перемещение форсунок и сборники различного вида, напр. болванки, кольца, трубки и прутки.

Полученные полуфабрикаты проходят через вторичные этапы процесса: термообработка, прокат, поковка, выпрессовывание и горячее изотермическое прессование. Данная технология находит широкое применение в получении болванок алюминиевых, медных сплавов, спецсплавов и жаропрочных сплавов.

Рециркуляция инертного газа
С определенного размера распылительной установки для уменьшения расхода и повышения экономической эффективности рекомендуется рециркуляция инертного газа. ALD предлагает две различные схемы рециркуляции инертного газа.

Рециркуляция на основе компрессорной технологии
Одним из способов повторного использования газа является создание замкнутого контура с использованием соответствующего компрессора. После циклонной установки и системы фильтров, очищенный газ сжимается при помощи двухступенчатого компрессора. Компрессор должен быть герметичным, чтобы не было загрязнения рециркулируемого газа. После каждого компрессора установлен газовый буферный резервуар для уменьшения перепадов давления во время распыления. В результате во время распыления создаются стабильное давление и проток газа. В случае если допустимый уровень загрязнения очень низок, содержание кислорода, водорода и азота могут измеряться в нескольких местах газового контура.

Для больших распылительных установок эта технология рециркуляции газа работает при давлении до 50 бар.

Рециркуляция аргона на основе его сжижения
Для получения более высокого давления  на подаче газа концепция рециркуляционной установки, описанная выше, была изменена на сжижение аргона при помощи испаряющегося азота в качестве охладителя. В этом случае двухступенчатый компрессор с промежуточным буфером заменяется устройством сжижения аргона и комплекта насосов высокого давления для жидкого аргона.

Жидкий аргон при помощи насосов через испаритель подается в приемники. На основе этой технологии можно достичь давления при подаче газа до 100-200 бар.

Практический опыт с большими распылительными установками и системами рециркуляции, описанными выше, дает выход очищенного газа ок. 90-95 %.