מכונת מרסס מים לאבקת מתכת 100 רשת - 400 רשת

לאבקה המוכנה באמצעות האטומיזציה באוויר בוואקום יתרונות של טוהר גבוה, תכולת חמצן נמוכה וגודל חלקיקי אבקה דק. לאחר שנים של חדשנות ושיפור מתמשכים, טכנולוגיית האבקה לאטומיזציה באוויר בוואקום התפתחה לשיטה העיקרית לייצור אבקות מתכת וסגסוגות בעלות ביצועים גבוהים, והפכה לגורם מוביל התומך ומקדם את המחקר של חומרים חדשים ופיתוח טכנולוגיות חדשות. העורך הציג את העיקרון, התהליך וציוד טחינת האבקה של האטומיזציה באוויר בוואקום, וניתח את סוגי ושימושי האבקה המוכנה באמצעות האטומיזציה באוויר בוואקום.

שיטת האטומיזציה היא שיטת הכנת אבקה שבה הנוזל הנע במהירות (תווך האטומיזציה) פוגע או שובר בדרך אחרת את נוזל המתכת או הסגסוגת לטיפות דקות, אשר לאחר מכן מתעבות לאבקה מוצקה. לחלקיקי האבקה האטומיזציה יש לא רק את אותו הרכב כימי הומוגני בדיוק כמו הסגסוגת המותכת הנתונה, אלא גם בשל ההתמצקות המהירה, המבנה הגבישי מעודן ומבטל את ההפרדה המקרו של הפאזה השנייה. תווך האטומיזציה הנפוץ הוא מים או אולטרסאונד, המכונה האטומיזציה במים ואטומיזציה בגז בהתאם. לאבקות המתכת המוכנות בטכנולוגיית האטומיזציה במים יש תפוקה גבוהה ותפוקה כלכלית, וקצב הקירור מהיר, אך לאבקות יש תכולת חמצן גבוהה ומורפולוגיה לא סדירה, בדרך כלל פתיתים. לאבקה המוכנה בטכנולוגיית האטומיזציה אולטרסאונד יש גודל חלקיקים קטן, כדוריות גבוהה ותכולת חמצן נמוכה, והיא הפכה לשיטה העיקרית לייצור אבקות מתכת וסגסוגות כדוריות בעלות ביצועים גבוהים.

טכנולוגיית ריסוס גז בלחץ גבוה בהתכת ואקום משלבת טכנולוגיית ואקום גבוה, טכנולוגיית התכת בטמפרטורה גבוהה, טכנולוגיית גז בלחץ גבוה ומהירות גבוהה, ומיוצרת כדי לענות על צרכי פיתוח מטלורגיה באבקה, במיוחד לייצור סגסוגות איכותיות המכילות אבקה של יסודות פעילים. טכנולוגיית ריסוס גז אולטרסאונד/אולטרסאונד היא טכנולוגיית התמצקות מהירה חדשה. בשל קצב הקירור הגבוה, לאבקה מאפיינים של עידון גרגירים, הרכב אחיד ומסיסות מוצקים גבוהה.

בנוסף ליתרונות הנ"ל, לאבקת המתכת המיוצרת על ידי התכת ואקום בלחץ גבוה באטומיזציה של גז יש את שלושת המאפיינים הבאים: אבקה טהורה, תכולת חמצן נמוכה; תפוקה גבוהה של אבקה דקה; מראה כדורי גבוה. לחומרים מבניים או פונקציונליים העשויים מאבקה זו יתרונות רבים על פני חומרים קונבנציונליים מבחינת תכונות פיזיקליות וכימיות. האבקות שפותחו כוללות אבקת סגסוגת-על, אבקת סגסוגת ריסוס תרמי, אבקת סגסוגת נחושת ואבקת נירוסטה.

1 תהליך וציוד לטחינת אבקה באמצעות האטומיזציה של אוויר ואקום

1.1 תהליך טחינת אבקה באמצעות האטומיזציה באוויר ואקום

שיטת ריסוס האטומיזציה באוויר ואקום היא סוג חדש של תהליך שפותח בתעשיית ייצור אבקת המתכת בשנים האחרונות. יש לה יתרונות של חמצון קל של חומרים, כיבוי מהיר של אבקת המתכת ורמת אוטומציה גבוהה. התהליך הספציפי הוא שלאחר שהסגסוגת (מתכת) מותכת ועוקצנת בתנור אינדוקציה, נוזל המתכת המותכת נשפך לתוך מצע הבידוד התרמי, ונכנס לצינור ההנחיה ולפיה, וזרימת המתכת עוברת האטומיזציה על ידי זרימת גז בלחץ גבוה. אבקת המתכת האטומיזציה מתמצקת ושוקעת במגדל האטומיזציה, ונופלת למיכל איסוף האבקה.

ציוד האטומיזציה, האטומיזציה קולית וזרימת נוזל מתכת הם שלושת ההיבטים הבסיסיים של תהליך האטומיזציה של גז. בציוד האטומיזציה, האטומיזציה הקולית המוזרקת מאיץ ומגיבה עם זרימת נוזל המתכת המוזרקת ליצירת שדה זרימה. בשדה זרימה זה, זרימת המתכת המותכת נשברת, מקוררת ומתמצקת, ובכך מתקבלת אבקה בעלת מאפיינים מסוימים. פרמטרי ציוד האטומיזציה כוללים את מבנה הזרבובית, מבנה הקטטר, מיקום הקטטר וכו', גז האטומיזציה ופרמטרי התהליך שלו כוללים תכונות אולטרסאונד, לחץ כניסת אוויר, מהירות אוויר וכו', וזרימת נוזל המתכת ופרמטרי התהליך שלו כוללים תכונות זרימת נוזל המתכת, התחממות יתר, קוטר זרימת הנוזל וכו'. האטומיזציה קולית משיגה את המטרה של התאמת גודל חלקיקי האבקה, פיזור גודל החלקיקים והמיקרו-מבנה על ידי התאמת פרמטרים שונים והתיאום ביניהם.

1.2 ציוד לריסוק אטומיזציה של אוויר בוואקום

ציוד ריסוס האטומיזציה בוואקום הנוכחי כולל בעיקר ציוד זר וציוד מקומי. לציוד המיוצר בחו"ל יש יציבות גבוהה ודיוק בקרה גבוה, אך עלות הציוד גבוהה, ועלות התחזוקה והתיקון גבוהה. עלות הציוד המקומי נמוכה, עלות התחזוקה נמוכה והתחזוקה נוחה. עם זאת, יצרני ציוד מקומיים בדרך כלל אינם שולטים בטכנולוגיות הליבה של ציוד כגון חרירי האטומיזציה ותהליכי האטומיזציה. כיום, מכוני מחקר זרים רלוונטיים ומפעלי ייצור שומרים על סודיות מוחלטת של הטכנולוגיה, ופרמטרים ספציפיים של תהליך מתועשי אינם ניתנים להסבר מספרות ופטנטים רלוונטיים. זה הופך את תפוקת האבקה האיכותית לנמוכה מדי מכדי להיות כלכלית, וזו גם הסיבה העיקרית לכך שמדינתי לא הצליחה לייצר אבקה באיכות גבוהה באופן תעשייתי למרות שישנן יחידות רבות לייצור אבקת אירוסול ומחקר מדעי.

מבנה המכשיר לריסוק האטומיזציה אולטרסאונד מורכב מהחלקים הבאים: תנור התכה אינדוקציה בתדר בינוני, תנור החזקה, מערכת האטומיזציה, מיכל האטומיזציה, מערכת איסוף אבק, מערכת אספקת אולטרסאונד, מערכת קירור מים, מערכת בקרה וכו'.

כיום, מחקרים שונים בנושא אירוסוליזציה מתמקדים בעיקר בשני היבטים. מצד אחד, נחקרים פרמטרי מבנה הזרבובית ומאפייני זרימת הסילון. המטרה היא להשיג את הקשר בין שדה זרימת האוויר למבנה הזרבובית, כך שהאולטרסאונד יגיע למהירות ביציאת הזרבובית בעוד שקצב הזרימה האולטרסאונד קטן, ויספק בסיס תיאורטי לתכנון ועיבוד הזרבובית. מצד שני, נחקר הקשר בין פרמטרי תהליך האטומיזציה לתכונות האבקה. מטרתו היא לחקור את השפעת פרמטרי תהליך האטומיזציה על תכונות האבקה ויעילות האטומיזציה על בסיס ספציפי לזרבובית כדי לייעל ולכוון את ייצור האבקה. בקיצור, שיפור הפרודוקטיביות של אבקה דקה והפחתת צריכת הגז מובילים את כיוון הפיתוח של טכנולוגיית האטומיזציה האולטרסאונדית.

1.2.1 סוגים שונים של חרירים לאטומיזציה אולטרסאונדית

גז האטומיזציה מגביר את המהירות והאנרגיה דרך הפיה, ובכך שובר ביעילות את המתכת הנוזלית ומכין את האבקה העומדת בדרישות. הפיה שולטת בזרימה ובדפוס הזרימה של המדיום האטומי, וממלאת תפקיד מכריע ברמת יעילות האטומיזציה וביציבות תהליך האטומיזציה, והיא הטכנולוגיה המרכזית של האטומיזציה אולטרסונית. בתהליך האטומיזציה המוקדם של גז, נעשה בדרך כלל שימוש במבנה פיה בצניחה חופשית. פיה זו פשוטה בעיצובה, אינה קלה לחסימה, ותהליך הבקרה פשוט יחסית, אך יעילות האטומיזציה שלה אינה גבוהה, והיא מתאימה רק לייצור אבקה בגודל חלקיקים של 50-300 מיקרון. על מנת לשפר את יעילות האטומיזציה, פותחו מאוחר יותר פיות מגבילות או פיות האטומיזציה מצומדות היטב. הפיה הצמודה או המגביל מקצרת את מרחק מעוף הגז ומפחיתה את אובדן האנרגיה הקינטית בתהליך זרימת הגז, ובכך מגבירה את מהירות וצפיפות זרימת הגז המקימה אינטראקציה עם המתכת, ומגדילה את תפוקת האבקה הדקה.

1.2.1.1 זרבובית חריץ היקפית

קרינת אולטרסאונד בלחץ גבוה נכנסת לזרבובית בצורה משיקית. לאחר מכן היא נפלטת במהירות גבוהה ליצירת מערבולת.