Автоматичне зварювання, 2023, №11



2023 №11 (03)

DOI of Article 10.37434/as2023.11.04

2023 №11 (05)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 11, 2023, с. 37-52

Розвиток плазмово-дугових технологій отримання сферичних гранул для адитивного виробництва і гранульної металургії

В.М. Коржик, Д.В. Строгонов, О.М. Бурлаченко, О.М. Войтенко, Д.В. Куницький

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

Розглянуто технологічні та структурні властивості сферичних гранул і особливості процесів їх отримання з використанням промислових технологій газового розпилення розплаву, плазмового відцентрового розпилення заготовки, що обертається, та плазмово-дугового розпилення нейтральних і струмопровідних дротів і прутків. З’ясовано, що серед розглянутих способів отримання сферичних гранул найперспективнішим з точки зору продуктивності, енергоефективності та простоти обладнання, що використовується, є спосіб плазмово-дугового розпилення, який завдяки наявності великої кількості технологічних і конструктивних параметрів процесу дозволяє регулювати гранулометричний склад і технологічні властивості гранул у широких межах. Експериментальні дослідження показали, що розподіл за розмірами, фактор форми та технологічні властивості гранул із титанових сплавів і нержавіючої сталі, отриманих в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України спільно з ТОВ «Науково-виробничий центр «ПЛАЗЕР» за технологією плазмово–дугового розпилення струмопровідних дротових матеріалів, знаходяться на рівні найкращих зарубіжних аналогів. Запропоновано перспективний напрям підвищення енергоефективності та продуктивності процесу отримання сферичних гранул для адитивного виробництва та гранульної металургії з використанням технології плазмово-дугового розпилення струмопровідних прутків діаметром більше 50 мм на оберненій полярності плазмотронами з пустотілим мідним анодом. Бібліогр. 29, табл. 4, рис. 20.
Ключові слова: плазмово-дугове розпилення струмопровідних дротів та прутків, сферичні гранули, адитивне виробництво, селективне та пряме лазерне плавлення і спікання, гранульна металургія


Надійшла до редакції 19.10.2023

Список літератури

1. Ильющенко А.Ф., Савич В.В. (2017) История и современное состояние аддитивных технологий в Беларуси, порошки металлов и сплавов для них. Космічна наука і технологія, 23(4), 33–45. DOI: https://doi.org/10.15407/ knit2017.04. 033
2. Singh, D.D., Mahender, T., Reddy, A.R. (2021) Powder bed fusion process: A brief review. Materials Today: Proceedings, 46(1), 350–355. DOI: https://doi.org/10.1016/j. matpr.2020.08.415
3. Ahn, D.G. (2021) Directed Energy Deposition (DED) Process: State of the Art. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf. – Green Tech., 8, 703–742. DOI: https://doi.org/10.1007/ s40684-020-00302-7
4. Anderson, I.E. et al. (2018) Feedstock powder processing research needs for additive manufacturing development. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 22(1), 8–15. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.cossms.2018.01.002
5. Chen, G., Zhao, S.Y., Tan, P. et al. (2018) A comparative study of Ti–6Al–4V powders for additive manufacturing by gas atomization, plasma rotating electrode process and plasma atomization. Powder Technology, 333, 38–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.013
6. Sun, P., Fang, Z., Zhang, Y. et al. (2017) Review of the methods for the production of spherical Ti and Ti alloy powder. JOM, 69, 1853–1860. DOI: https://doi.org/10.1007/ s11837017-2513-5
7. Heidloff, A.J., Rieken, J.R., Anderson, I.E. et al. (2010) Advanced gas atomization processing for Ti and Ti alloy powder manufacturing. JOM, 62, 35–41. DOI: https://doi. org/10.1007/s11837-010-0075-x
8. Guo, K., Liu, C., Chen, S. et al. (2020) High pressure EIGA preparation and 3D printing capability of Ti–6Al–4V powder. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 30(1), 147– 159. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)65187-3
9. Martín, A., Cepeda-Jiménez, C.M., Pérez-Prado, M.T. (2020) Gas atomization of γ-TiAl alloy powder for additive manufacturing. Adv. Eng. Mater., 22, 1900594. DOI: https:// doi.org/10.1002/adem.201900594
10. Drawin, S., Deborde, A., Thomas, M. et al. (2020) Atomization of Ti-64 alloy using the EIGA process: comparison of the characteristics of powders produced in labscale and industrial-scale facilities. MATEC Web Conf., 321, 07013. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/202032107013
11. Zhong, C., Chen, J., Linnenbrink, S. et al. (2016) A comparative study of Inconel 718 formed by high deposition rate laser metal deposition with GA powder and PREP powder. Materials & Design, 107, 386–392. DOI: https://doi. org/10.1016/j.matdes.2016.06.037
12. Zhao, Y., Cui, Y., Numata, H. et al. (2020) Centrifugal granulation behavior in metallic powder fabrication by plasma rotating electrode process. Sci. Rep., 10, 18446. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-75503-w
13. Yang Liu, Xiao-hao Zhao, Yun-jin Lai et al. (2020) A brief introduction to the selective laser melting of Ti6Al4V powders by supreme-speed plasma rotating electrode process. Progress in Natural Science: Materials International, 30(1), 94–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2019.12.004
14. Строгонов Д.В., Коржик В.М., Цзянлун І. та ін. (2022) Вплив параметрів процесу плазмово-дугової сферодизації струмопровідного дроту із низьковуглецевої сталі на гранулометричний отриманих порошків. Сучасна електрометалургія, 3, 29–38. DOI: https://doi.org/10.1037434/sem2022.03.05
15. Yurtkuran, E., Ünal, R. (2022) Theoretical and experimental investigation of Ti alloy powder production using low-power plasma torches. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 32(1), 175–191. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65786-2
16. Tsantrizos, P.G, Allaire, F., Entezarian, M. (1998) Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization. US patent, 5707419 [P], 1998−01−13.
17. Cacace, S., Boccadoro, M., Semeraro, Q. (2023) Investigation on the effect of the gas-to-metal ratio on powder properties and PBF-LB/M processability. Prog. Addit. Manuf. DOI: https://doi.org/10.1007/s40964-023-00490-z
18. Коржик В.М., Строгонов Д.В., Бурлаченко О.М. та ін. (2023) Установка нового покоління для плазмово-дугового нанесення покриттів і розпилення струмопровідних дротових матеріалів. Сучасна електрометалургія, 3, 19– 27. DOI: https://doi.org/10.37434/sem2020.03
19. Коржик В.М., Строгонов Д.В., Бурлаченко О.М. та ін. (2023) Ефективність процесу плазмово-дугової сферодизації струмопровідного титанового дроту. Сучасна електрометалургія, 1, 1–9. DOI: https://doi.org/10.37434/sem2023.01.05
20. Capus, J. (2017) AP&C: moving fast with the rise of AM. Metal Powder Report, 72(1), 22–24. DOI: https://doi. org/10.1016/j.mprp.2016.12.001
21. Петруничев В.А., Кудинов В.В., Кулагин И.Д. (1965) Получение сфероидизированного металлического порошка распылением проволоки. Известия АН СССР. Металлы, 2, 68–94.
22. Зеленин В.И., Кавуненко П.М., Тисенков В.В. и др. (2009) Применение плазменно-дуговой металлизации для восстановления колесных пар грузовых вагонов. Автоматическая сварка, 12, 36–40.
23. Коржик В.Н., Короб М.Ф. (2012) Механизированная линия PLAZER 30PL-W для плазменно-дугового проволочного напыления покрытий на крупногабаритные детали типа «вал». Сварщик, 4, 13–15.
24. Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н. и др. (2008) Влияние рода газа спутного потока на характеристики дуговой плазмы, создаваемой плазмотроном с проволокой-анодом. Автоматическая сварка, 6, 19–24.
25. Kharlamov, M., Krivtsun, I., Korzhyk, V., Demyanov, O. (2015) Simulation of motion, heating and breakup of molten metal droplets in the plasma jet at plasma-arc spraying. J. of Thermal Spray Technology, 24, 659–670. DOI: https://doi. org/10.1007/s11666-015-0216-4
26. Liu, F., Yu, D., Zhang, Q. et al. (2023) Experimental and numerical analysis of a novel reverse-polarity plasma torch with transferred arc hot-wall nozzle for atmospheric plasma spraying of YSZ coatings. Surface and Coatings Technology, 459, 129413. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129413
27. Shchitsyn, V.Yu., Yazovskikh, V.M. (2009) Effect of polarity on the heat input into the nozzle of a plasma torch, Welding International, 16(6), 485–487. DOI: https://doi. org/10.1080/09507110209549563
28. Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н. и др. (2015) Моделирование характеристик плазмы сжатой дуги при воздушно-плазменной резке на прямой и обратной полярностях. Автоматическая сварка, 10, 11‑19.
29. Bouabbou, A., Vaudreuil, S. (2023) Numerical modelling of SS316L powder flowability for laser powderbed fusion. Archives of Materials Science and Engineering, 120(1), 22– 29. DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0053.6014

---

Реклама в цьому номері:

---