Сучасна електрометалургія, 2026, №01

2026 №01 (02)

DOI of Article 10.37434/sem2026.01.03

2026 №01 (04)

---

Сучасна електрометалургія, 2026, #1, 17-26 pages

Новий підхід до сфероїдизації залізних порошків із використанням плазмотрона постійного струму оберненої полярності із зовнішним виносним електродом

В.М. Коржик , О.С. Терещенко , Д.В. Строгонов , В.С. Петрук , О.Ф. Тищенко , В.Є. Ярош

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: vn@paton.kiev.ua

Реферат
У роботі представлено та експериментально обґрунтовано новий підхід до плазмової сфероїдизації порошків нерегулярної форми, який є критично важливим для виробництва сировини для адитивних технологій (3D друку металом). Пропонується використання плазмотрону постійного струму на оберненій полярності із зовнішнім виносним електродом, положення якого можна регулювати під час горіння дуги. Встановлено, що такий підхід дозволяє збільшити робочу напругу і загальну потужність дуги у 3…4 рази (до 100 кВт і більше) та значно збільшити об’єм і довжину плазмового струменя (до 10…180 мм), що значно підвищує ефективність обробки. На прикладі порошку заліза марки ПЖР нерегулярної форми підтверджено можливість та ефективність методу. Після плазмової обробки близько 95 % частинок були оплавлені та сфероїдизовані. Це призвело до значного покращення технологічних властивостей: коефіцієнт сферичності зріс з 0,18...0,20 до 0,86...0,89; текучість порошку підвищилася на 25 % (для фракції –63 мкм) та на 75 % (для фракції 63...160 мкм); насипна щільність зросла на 20...39 %. Результати демонструють, що запропонована конструкція плазмотрона з керованою довжиною дуги є перспективною альтернативою існуючим радіочастотним та дуговим системам і може бути в перспективі ефективно адаптована для сфероїдизації широкого спектра тугоплавких та керамічних порошків. Бібліогр. 27, табл. 1, рис. 8.
Ключові слова: плазмова сфероїдизація, плазмотрон на оберненій полярності, порошки нерегулярної форми, адитивні технології, текучість, коефіцієнт сферичності, порошки

Отримано 05.12.2025
Отримано у переглянутому вигляді 06.02.2026
Затверджено до друку 31.03.2026
Розміщено онлайн 14.04.2026

Список літератури

1. Armstrong, M., Ahmad, M. et al. (2022) An overview of modern metal additive manufacturing technology. J. of Manufacturing Processes, 84, 1001–1029. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.10.060
2. Moghimian, P., Poirié, T., Habibnejad-Korayem, M. et al. (2021) Metal powders in additive manufacturing: A review on reusability and recyclability of common titanium, nickel and aluminum alloys. Additive Manufacturing, 43, 102017, 14. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102017
3. Ahn, D. (2021) Directed energy deposition (DED) process: State of the art. Inter. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech., 8, 703–742. https://doi.org/10.1007/s40684-020-00302-7
4. Svetlizky, D., Das, M., Zheng, B. et al. (2021) Directed energy deposition (DED) additive manufacturing: Physical characteristics, defects, challenges and applications. Materials Today, 49, 271–295. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.020
5. King, W., Anderson, A., Ferencz, R. et al. (2015) Laser powder bed fusion additive manufacturing of metals; physics, computational, and materials challenges. Applied Physics Reviews, 2, 041304. https://doi.org/10.1063/1.4937809
6. (2025) Additive Manufacturing Market Size, Share & Trends Analysis Report by Component, by Printer Type, by Technology, by Software, by Application, by Vertical, by Material, by Region-Global Industry Analysis, Share, Growth, Regional Outlook and Forecasts, 2023–2032. https://www.novaoneadvisor.com/report/additive-manufacturing-market
7. (2025) Additive Manufacturing Market Size, Share, and Trends 2025 to 2034. https://www.precedenceresearch.com/additive-manufacturing-market
8. Antony, L.V.M., Reddy, R.G. (2003) Processes for production of high-purity metal powders. JOM, 55, 14–18. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0153-4
9. Zach, M., Brashear, D., Duran, J. et al. (2023) Spherical powders: Control over the size and morphology of powders for additive manufacturing and enriched stable isotope nuclear targets. EPJ Web Conference, 285, 03002. https://doi.org/10.1051/epjconf/202328503002
10. Mostafaei, A., He, Y., Ghiaasiaan, R. et al. (2022) Defects and anomalies in powder bed fusion metal additive manufacturing. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 26, 100974. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2021.100974
11. Korzhyk, V., Kulak, L., Shevchenko, V. et al. (2017) New equipment for production of super hard spherical tungsten carbide and other high-melting compounds using the method of plasma atomization of rotating billet. Materials Science Forum, 898, 1485–1497. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.898.1485
12. Fan, X., Tian, Q., Chu, X. et al. (2024) Microstructure and mechanical properties of Co31.5Cr7Fe30Ni31.5 high-entropy alloy powder produced by plasma rotating electrode process and its applications in additive manufacturing. J. of Materials Research and Technology, 31, 1924–1938. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.06.217
13. Skolyszewski, A., Łuksza, J., Paćko, M. (1996) Some problems of multi-stage fine wire drawing of high-alloy steels and special alloys. J. of Materials Processing Technology, 60, 155–160. https://doi.org/10.1016/0924-0136(96)02321-7
14. Sehhat, H., Chandler, J., Yates, Z. (2021) A review on ICP powder plasma spheroidization process parameters. Inter. J. of Refractory Metals and Hard Materials, 103, 105764. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105764
15. Dignard, N., Boulos, M. (2000) Powder spheroidization using induction plasma technology. In: Proc. of the Inter. Thermal Spray Conf., 887–893. https://doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2000p0887
16. Ma, Y., Ke, W., Yang, K., Zhu, X. (2022) Investigation on spheroidization of refractory tungsten powders by laminar DC plasma torch. Materials Research Express, 9(11), 7. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aca243
17. Getto, E., Santucci, J., Gibbs, R.J. et al. (2023). Powder plasma spheroidization treatment and the characterization of microstructure and mechanical properties of SS 316L powder and L-PBF builds. Heliyon, 9(6), e16583. 21. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16583
18. Boulos, M. (2012) New frontiers in thermal plasmas from space to nanomaterials. Nuclear Engineering and Technology, 44(1), 1–8. https://doi.org/10.5516/NET.77.2012.001
19. https://www.tekna.com/spheroidization-systems
20. Iovane, P., Borriello, C., Pandolfi, G. et al. (2024) Thermal plasma spheroidization and characterization of stainless steel powders using direct current plasma technology. Plasma, 7(1), 76–90. https://doi.org/10.3390/plasma7010006
21. Yin, Z., Yu, D., Zhang, Q. et al. (2021) Experimental and numerical analysis of a reverse-polarity plasma torch for plasma atomization. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 41, 1471–1495. https://doi.org/10.1007/s11090-021-10181-8
22. Taylor, P.R., Pirzada, S.A. (1994) Thermal plasma processing of materials: A review. Advanced Performance Materials, 1, 35–50. https://doi.org/10.1007/BF00705312
23. Pfender, E. (1988) Thermal plasma processing in the nineties. Pure and Applied Chemistry, 60(5), 591–606. https://doi.org/10.1351/pac198860050591
24. https://www.tekna.com/spheroidization-systems-teksphero-80
25. Boulos, M. (2004) Plasma power can make better powders. Metal Powder Report, 59(5), 16–21. https://doi.org/10.1016/S0026-0657(04)00153-5
26. Li, X., Cui, L., Shonkwiler, S. et al. (2023) Automatic characterization of spherical metal powders by microscope image analysis: a parallel computing approach. J. Iron Steel Res., 30, 2293–2300. https://doi.org/10.1007/s42243-022-00907-z
27. Samsonov, G.V., Mukha, I.M., Globa, L.V. (1969) Theory and production technology of electrode tool materials for electroerosion processing. Powder Metall. Met. Ceram., 8, 732–737. https://doi.org/10.1007/BF00776013

---

Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

---

Рекомендоване цитування

В.М. Коржик, О.С. Терещенко, Д.В. Строгонов, В.С. Петрук, О.Ф. Тищенко, В.Є. Ярош (2026) Новий підхід до сфероїдизації залізних порошків із використанням плазмотрона постійного струму оберненої полярності із зовнішним виносним електродом. Сучасна електрометалургія, 01, 17-26. https://doi.org/10.37434/sem2026.01.03