Wie man Edelstahlpulver herstellt

Im industriellen Bereich gibt es für die Kerntechnologie der Herstellung von Edelstahlpulver nur ein Schlüsselwort: Zerstäubung.

Vereinfacht gesagt, wird der geschmolzene Stahl unter Verwendung von Hochdruckgas (Gaszerstäubung, zur Herstellung von kugelförmigem Pulver) oder Hochdruckwasser (Wasserzerstäubung, zur Herstellung von unregelmäßigem Pulver) als Medium versprüht, der Metallstrom wird in feine Tröpfchen zerkleinert, dann abgekühlt und zu Pulver verfestigt. Natürlich gibt es auch spezifischere Verfahren wie die rotierende Plasmaelektrode (PREP), die speziell für die Herstellung hochreiner kugelförmiger Pulver eingesetzt werden. Bei der Entwicklung dieser Verfahren verfolgen wir ein klares Ziel: die Bereitstellung von Rohstoffen für den 3D-Druck (additive Fertigung) oder Sinterverfahren.

Wichtige industrielle Zerstäubungsmethoden

Um wirklich zu verstehen, wie man Edelstahlpulver herstellt, müssen wir zwischen den einzelnen Zerstäubungstechnologien unterscheiden. Die Wahl des Verfahrens bestimmt direkt die Morphologie und die Reinheit des Pulvers, die darüber entscheiden, ob es sich letztlich für die additive Fertigung oder das traditionelle Sintern eignet.

Gaszerstäubung

Dies ist die derzeit gängige Methode zur Herstellung von hochwertigem Pulver, und es ist auch das Verfahren, mit dem ich täglich am meisten zu tun habe.

Verfahren: Die Rohstoffe aus nichtrostendem Stahl werden zunächst in einem Induktionsofen geschmolzen. Wenn das geschmolzene Metall durch die spezielle Düse fließt, trifft es auf einen Hochgeschwindigkeitsstrom aus Inertgas (normalerweise Stickstoff oder Argon). Die kinetische Energie des Gases prallt auf den Metallstrom und zerkleinert ihn in feine Tröpfchen.

Der wichtigste Punkt: Warum ist das so wichtig? Da die Tröpfchen in einer inerten Atmosphäre abgekühlt werden, haben sie genügend Zeit, sich vor dem Erstarren in eine perfekte Kugelform zu schrumpfen. Außerdem wird durch den Schutz des Inertgases die Oxidation wirksam verhindert, was für die Kontrolle des geringen Sauerstoffgehalts unerlässlich ist.

Anwendung: Das kugelförmige Pulver verfügt über ein ausgezeichnetes Fließverhalten, was es zum Industriestandard für die additive Fertigung (AM) und den Metallspritzguss (MIM) macht.

Wasserzerstäubung

Die Logik der Wasserzerstäubung ist ähnlich wie die der Gaszerstäubung, aber der Wechsel des Mediums führt zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen.

Verfahren: Wir verwenden Hochdruckwasserpistolen anstelle von Gas, um den Edelstahlfluss zu beschießen. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist viel größer als die von Gas, was dazu führt, dass der geschmolzene Tropfen sofort "abschreckt", sobald er mit Wasser in Berührung kommt.

Das Ergebnis: Durch die extreme Abkühlung schrumpfen die Tröpfchen zu Kugeln und bilden schließlich unregelmäßig geformte Partikel. Obwohl der Wasserkontakt einen etwas höheren Sauerstoffgehalt mit sich bringen kann, ist die Produktionseffizienz dieser Methode sehr hoch und eignet sich für die Herstellung von Gehvolumen.

Anwendung: Unregelmäßiges Pulver weist beim Pressen gute Verzahnungseigenschaften auf und ist daher die erste Wahl bei traditionellen, kostenbewussten "Press-Sinter"-Verfahren.

Plasma-Rotationselektroden-Methode (PREP)

Wenn der Kunde extreme Anforderungen an die Sauberkeit stellt, reicht eine einfache Zerstäubung nicht aus. Zu diesem Zeitpunkt kommt es auf PREP an.

Verfahren: Anders als bei der herkömmlichen zerstäubten Stahlschmelze werden bei PREP massive Edelstahlstangen als Elektroden verwendet. Die Plasmakanone schmilzt das Ende des rotierenden Stabes, und während der Stab mit hoher Geschwindigkeit rotiert, schleudert die Zentrifugalkraft die geschmolzenen Tropfen von der Oberfläche.

Ergebnisse: Während des gesamten Prozesses kam das Metall weder mit dem Keramiktiegel noch mit der Führungsdüse in Berührung, so dass die Gefahr von Keramikeinschlüssen völlig ausgeschlossen ist. Das Ergebnis ist ein hochreines, hochkugelförmiges Pulver.

Anwendung: Dieses High-End-Pulver ist in der Regel für kritische Hochleistungskomponenten reserviert, bei denen ein Materialversagen absolut ausgeschlossen ist.

Schritt-für-Schritt-Arbeitsablauf

Ob es sich um Gas oder Wasser handelt, die Logik der industriellen Herstellung von Edelstahlpulver ist die gleiche. Von den legierten Rohstoffen bis zum fertigen Produkt muss die folgende Reihenfolge strikt eingehalten werden:

Schritt 1: Schmelzen

Alles beginnt in einem Ofen, in der Regel einem Induktionsofen. Die nichtrostende Stahllegierung wird bis zum Schmelzzustand erhitzt. Die Temperaturkontrolle ist äußerst wichtig, da sie sich direkt auf die Stabilität des nachfolgenden Metallflusses in der Zerstäubungsphase auswirkt.

Schritt 2: Zerstäubung

Dies ist die Kernumwandlungsphase. Der Metallstrom wird in die Zerstäubungskammer gegossen und trifft auf das Zerstäubungsmedium. Handelt es sich um Hochdruckgas, wird die Flüssigkeit in Kugeln zerbrochen; handelt es sich um einen Hochgeschwindigkeitswasserstrom, wird die Flüssigkeit in unregelmäßige Formen zerschlagen.

Schritt 3: Verfestigung

Der Metallstrom muss nach dem Aufbrechen in Tröpfchen erstarren. Bei der Aerosolisierung werden die Tröpfchen beim Herabfallen in einem riesigen Zerstäubungsturm verfestigt; bei der Wasserzerstäubung erfolgt die Abkühlung fast augenblicklich bei Kontakt mit Wasser.

Schritt 4: Sammlung und Nachbearbeitung

Der letzte Schritt ist die Ernte des Pulvers.

Dehydratisierung und Trocknung: Bei wasserzerstäubten Pulvern muss dieser Schritt schnell erfolgen, um die Feuchtigkeit zu entfernen und Rost zu vermeiden.

Siebung: Das Pulver wird durch ein Sieb gestrichen und nach Partikelgröße klassifiziert. Wenn dieser Schritt nicht gut ausgeführt wird, wirkt sich dies direkt darauf aus, ob das Produkt die spezifischen Spezifikationen für den 3D-Druck oder das Sintern erfüllt.

Autor： David Chen

Ich bin ein leitender Werkstoffingenieur mit Spezialisierung auf Pulvermetallurgie. Mit einem Schwerpunkt auf industrieller Zerstäubung teile ich Erkenntnisse über wie man Edelstahlpulver herstellt mit Gas-, Wasser- und PREP-Technologien, um eine hohe Reinheit für Additive Manufacturing-Anwendungen zu gewährleisten.