PL249421B1

PL249421B1 - Sposób wytwarzania proszku metalicznego przeznaczonego do wykorzystania w technologiach SLM/SLS

Info

Publication number: PL249421B1
Application number: PL447564A
Authority: PL
Inventors: Marcin Karpiński; Aleksandra Kolano-Burian
Original assignee: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych; Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Metali Nieżelaznych; Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny; Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny; Politechnika Warszawska; Zakłady Mechaniczne Tarnów Spółka Akcyjna
Priority date: 2024-02-15
Filing date: 2024-02-15
Publication date: 2026-04-13
Also published as: PL447564A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania proszku metalicznego poprzez topienie w próżni w komorze atomizera gazowego, przeznaczonego do wykorzystania w technologiach SLM/SLS, który charakteryzuje się tym, że materiał wsadowy stanowiący wlewek o średnicy 42 mm i długości maksymalnej 150 mm o składzie chemicznym: 0,55% C, 1,29% Cr, 1,95% Mn, 0,72% Mo, Si 0,10% V, 0,023% Al, 0,0011% P, 0,004% S, 0,009 Ti, resztę stanowi Fe, topi się w komorze topielnej w próżni o ciśnieniu co najmniej 0,5 mbar, po czym komorę napełnia się gazem obojętnym do ciśnienia 950 – 1050 mbar, a następnie rozpyla się ciekłą strugę metalu gazem obojętnym o ciśnieniu 20 – 40 bar w temperaturze 1600°C - 1700°C poprzez dyszę wykonaną z tlenku cyrkonu o średnicy 3,5 - 6,5 mm, a gaz dostarcza się poprzez pierścień ze szczeliną od 0,4 do 1,2 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania proszku metalicznego przeznaczonego jako materiał wsadowy do wytwarzania detali na drodze technologii SLM/SLS.

Ze stanu techniki znane jest rozwiązanie EP3766611A3. Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania proszków składających się z kulistych cząstek metali ciężkich z wykorzystaniem atomizacji ultradźwiękowej, przy czym proszki te można stosować w zastosowaniach przemysłowych, takich jak wytwarzanie przyrostowe i kilka innych. Sposób wytwarzania proszków metali ciężkich metodą atomizacji ultradźwiękowej polega na dostarczeniu surowca metalu ciężkiego w pobliże źródła ciepła będącego łukiem elektrycznym i podgrzaniu surowca ciężkiego za pomocą łuku elektrycznego, w celu wytworzenia jeziorka stopionego metalu na sonotrodze. Jeziorko roztopionego metalu ma temperaturę równą lub wyższą od temperatury topnienia surowca metalu ciężkiego, ale niższą od temperatury parowania surowca metalu ciężkiego, zapewniając ultradźwiękowe wibracje mechaniczne przez sonotrodę do jeziorka stopionego metalu.

Innym rozwiązaniem jest opublikowany artykuł „Gas Atomization of Duplex Stainless Steel Powder for Laser Powder Bed Fusion” (Chengsong Cui, Felix Stern, Nils Ellendt, Volker Uhlenwinkel, Matthias Steinbacher, Jochen Tenkamp, Frank Walther and Rainer Fechte-Heinen), Materials 2023, 16, 435. https://doi.org/10.3390/ma16010435.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania proszku metalicznego poprzez topienie w próżni w komorze atomizera gazowego, przeznaczonego do wykorzystania w technologiach SLM/SLS, który cechuje się tym, że materiał wsadowy stanowiący wlewek o średnicy 42 mm i długości maksymalnej 150 mm o składzie chemicznym: 0,55% C, 1,29% Cr, 1,95% Mn, 0,72% Mo, 1,82% Si, 0,10% V, 0,023% Al, 0,0011% P, 0,004% S, 0,009 Ti, resztę stanowi Fe, topi się w komorze topielnej w próżni o ciśnieniu co najmniej 0,5 mbar, po czym komorę napełnia się gazem obojętnym do ciśnienia 950-1050 mbar, a następnie rozpyla się ciekłą strugę metalu gazem obojętnym o ciśnieniu 20-40 bar w temperaturze 1600°C-1700°C poprzez dyszę wykonaną z tlenku cyrkonu o średnicy 3,5-6,5 mm, a gaz dostarcza się poprzez pierścień ze szczeliną od 0,4 do 1,2 mm.

Gaz obojętny stanowi korzystnie argon.

Przed rozpylaniem gaz obojętny korzystnie nagrzewa się do temperatury otoczenia poprzez grzałkę umieszczoną bezpośrednio przed układem dostarczania gazu do urządzenia.

Otrzymane proszki o kształcie sferycznym charakteryzują się wielkością ziarna w zakresie 20-50 μm, kształtem sferycznym oraz uzyskiem powyżej 30%. Otrzymany proszek jest stosowany do procesu drukowania techniką SLM/SLS. Cechy charakterystyczne proszku zapewniają uzyskanie grubości ścianek wydruków bez perforacji poniżej 100 μm. Znane aktualnie wymiary grubości wynoszą nie mniej aniżeli 200 μm. Uzyskane proszki charakteryzują się niskim zanieczyszczeniem tlenem (poniżej 80 ppm) oraz umożliwiają uzyskanie gęstości teoretycznej wydruków powyżej 99,4%.

Wynalazek został uwidoczniony w poniższych przykładach realizacji.

Przykład 1

Sposób wytwarzania proszku metalicznego NanosB przeznaczonego jako materiał wsadowy do wytwarzania detali na drodze technologii SLM/SLS, obejmuje następujące etapy:

1) Przygotowanie atomizera gazowego poprzez zabudowanie tygla oraz dyszy przez którą przepływa struga metalu oraz ustalenie odległości szczeliny przepływu gazu na 0,4 mm,

2) Umieszczenie materiału wsadowego w postaci wlewka o średnicy 42 mm i długości 150 mm z materiału o składzie chemicznym: 0,55% C, 1,29% Cr, 1,95% Mn, 0,72% Mo, 1,82% Si, 0,10% V, 0,023% Al, 0,0011% P, 0,004% S, 009 Ti, resztę stanowi Fe, w komorze topielnej atomizera gazowego w próżni o ciśnieniu co najmniej 0,5 mbar i rozpoczęcie grzania indukcyjnego z prędkością nagrzewania nie większą niż 350°C na godzinę,

3) Po osiągnięciu temperatury topnienia 1400°C następuje napełnienie komory gazem obojętnym argonem,

4) Po osiągnięciu temperatury 1650°C przeprowadzenie procesu rozpylania ciekłej strugi metalu argonem dostarczanym pod ciśnieniem 20-40 bar z użyciem dyszy wykonanej z tlenku cyrkonu o średnicy 3,5 mm, który to gaz ochronny używany do procesu korzystnie jest dogrzać do temperatury otoczenia grzałką umieszczoną bezpośrednio przed układem dostarczania gazu do urządzenia, przy czym gaz używany do procesu dostarcza się poprzez pierścień ze szczeliną 0,4 mm,

5) Pozostawienie otrzymanego proszku o wielkości ziarna poniżej 50 μm do ostygnięcia do temp. 40°C, w kolektorze urządzenia w atmosferze gazu obojętnego.

Przykład 2

1) Przygotowanie atomizera gazowego poprzez zabudowanie tygla oraz dyszy przez którą przepływa struga metalu oraz ustalenie odległości szczeliny przepływu gazu na 1,2 mm,

2) Umieszczenie materiału wsadowego w postaci wlewka o średnicy 42 mm i długości 150 mm z materiału o składzie chemicznym: 0,55% C, 1,29% Cr, 1,95% Mn, 0,72% Mo, 1,82% Si, 0,10% V, 0,023% Al, 0,0011% P, 0,004% S, 0,009 Ti, resztę stanowi Fe, w komorze topielnej atomizera gazowego w próżni o ciśnieniu co najmnie 0,5 mbar i rozpoczęcie grzania indukcyjnego z prędkością nagrzewania nie większą niż 350°C na godzinę,

4) Po osiągnięciu temperatury 1650°C przeprowadzenie procesu rozpylania ciekłej strugi metalu argonem dostarczanym pod ciśnieniem 20-40 bar z użyciem dyszy wykonanej z tlenku cyrkonu o średnicy 6,5 mm, który to gaz ochronny używany do procesu korzystnie jest dogrzać do temperatury otoczenia grzałką umieszczoną bezpośrednio przed układem dostarczania gazu do urządzenia i który to gaz używany do procesu dostarcza się poprzez pierścień ze szczeliną 1,2 mm, przy czym gaz jest nagrzewany do temperatury otoczenia tuż przed procesem atomizacji aż do końca procesu,

5) Pozostawienie otrzymanego proszku o wielkości ziarna powyżej 50 μm do ostygnięcia do temp. 40°C, w kolektorze urządzenia w atmosferze gazu obojętnego.

Claims

1. Sposób wytwarzania proszku metalicznego poprzez topienie w próżni w komorze atomizera gazowego, przeznaczonego do wykorzystania w technologiach SLM/SLS, znamienny tym, że materiał wsadowy stanowiący wlewek o średnicy 42 mm i długości maksymalnej 150 mm o składzie chemicznym: 0,55% C, 1,29% Cr, 1,95% Mn, 0,72% Mo, 1,82% Si, 0,10% V, 0,023% Al, 0,0011% P, 0,004% S, 0,009 Ti, resztę stanowi Fe, topi się w komorze topielnej w próżni o ciśnieniu co najmniej 0,5 mbar, po czym komorę napełnia się gazem obojętnym do ciśnienia 950-1050 mbar, a następnie rozpyla się ciekłą strugę metalu gazem obojętnym o ciśnieniu 20-40 bar w temperaturze 1600°C-1700°C poprzez dyszę wykonaną z tlenku cyrkonu o średnicy 3,5-6,5 mm, a gaz dostarcza się poprzez pierścień ze szczeliną od 0,4 do 1,2 mm.

2. Sposób wytwarzania proszku metalicznego według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz obojętny stanowi argon.

3. Sposób wytwarzania proszku metalicznego według zastrz. 1, znamienny tym, że przed rozpylaniem gaz obojętny nagrzewa się do temperatury otoczenia poprzez grzałkę umieszczoną bezpośrednio przed układem dostarczania gazu do urządzenia.