Processo di atomizzazione nella metallurgia delle polveri basato sulla tecnologia delle polveri satelliti

L’atomizzazione con gas del metallo fuso è un metodo importante per la preparazione di polveri metalliche destinate alla produzione additiva. Tuttavia, le polveri ottenute mediante atomizzazione con gas sono generalmente miscelate con una grande quantità di polvere satellite, che influisce negativamente sul processo di produzione additiva dei metalli. In questo articolo, il vortice di polvere nella zona di ricircolo viene soppresso applicando un flusso d’aria ausiliario e adottando misure di rettificazione del gas, come una struttura a gradini della camera di atomizzazione, controllando così la formazione della polvere satellite.

La simulazione numerica è stata eseguita utilizzando il software di fluidodinamica computazionale ANSYS Fluent per studiare le caratteristiche macroscopiche del campo di moto nella camera di atomizzazione e la variazione della traiettoria delle particelle quando si applica un flusso d’aria ausiliario o si adotta una struttura a gradini della camera di atomizzazione.

I risultati mostrano che, quando sulla parte superiore della camera di atomizzazione, a una distanza di R/2 dal centro della camera di atomizzazione (R è il raggio della camera di atomizzazione), viene applicato un flusso d’aria ausiliario con un rapporto di nebulizzazione ausiliario (il rapporto tra la portata del flusso d’aria ausiliario e quella del flusso d’aria di atomizzazione) superiore a 0.8, il vortice di polvere nella zona di ricircolo può essere efficacemente soppresso; la struttura della camera di atomizzazione con una larghezza del gradino di 300 mm e un’altezza di 575-600 mm può sopprimere efficacemente il vortice di polvere nella zona di ricircolo. In base ai risultati della simulazione numerica, la polvere di lega di titanio TC4 è stata preparata mediante misure di rettificazione del gas e sono stati analizzati la distribuzione granulometrica, la sfericità e l’indice di vegetazione della polvere. È emerso che l’indice di vegetazione si è ridotto di circa il 45% rispetto alla polvere preparata senza misure di rettificazione del gas.

La tecnologia di produzione additiva è una delle tecnologie manifatturiere più promettenti oggi disponibili. Sovverte il concetto di lavorazione tradizionale e offre ampie possibilità di sviluppo per le tecnologie di lavorazione future. La polvere metallica è la materia prima più comunemente utilizzata per la produzione additiva dei metalli. Tuttavia, rispetto alle tecnologie tradizionali di lavorazione basate sulle polveri, la tecnologia di produzione additiva dei metalli impone requisiti specifici in termini di distribuzione granulometrica, purezza, sfericità e altri indicatori della polvere metallica. La polvere metallica utilizzata per la spruzzatura termica, la metallurgia delle polveri e altri processi non può essere impiegata direttamente per la produzione additiva dei metalli. È quindi necessario migliorare la tecnologia di preparazione delle polveri metalliche per soddisfare i requisiti della produzione additiva dei metalli. L’atomizzazione con gas del metallo fuso (GA) è attualmente uno dei principali processi utilizzati per preparare polveri metalliche destinate alla produzione additiva.

Presenta i vantaggi di un costo ridotto, di un ampio campo di applicazione e di un’elevata resa di polvere fine. Tuttavia, la polvere metallica preparata mediante il tradizionale processo di produzione delle polveri per atomizzazione con gas contiene spesso una grande quantità di polvere satellite, ovvero una polvere difettosa formata dall’adesione di diverse particelle di piccole dimensioni alla superficie di particelle più grandi. La presenza di polvere satellite riduce la densità apparente, la sfericità e la scorrevolezza della polvere metallica, ostacolando il processo di stesura della polvere e influendo significativamente sul processo di produzione additiva dei metalli, in particolare su alcuni processi basati sulla tecnologia di stesura della polvere.

Inoltre, questa polvere difettosa è difficile da rimuovere efficacemente mediante trattamenti successivi; è quindi necessario controllarne la formazione all’origine. Secondo le ricerche, la struttura chiusa della camera di atomizzazione genera vortici macroscopici vicino alle pareti laterali, ossia il ricircolo del gas (GR), che trascina con sé alcune particelle di piccole dimensioni completamente solidificate. La collisione tra le particelle di piccole dimensioni che risalgono vorticosamente nella zona di ricircolo e le gocce di grandi dimensioni non completamente solidificate nel flusso d’aria di atomizzazione a monte rappresenta una delle principali cause della formazione di polvere satellite. Pertanto, l’adozione di misure di rettificazione del gas per limitare il moto vorticoso della polvere causato dal ricircolo è diventata un mezzo efficace per controllare su scala macroscopica la formazione di polvere satellite. Attualmente, le misure di rettificazione del gas per il controllo della polvere satellite includono l’applicazione di un flusso d’aria ausiliario e il miglioramento della struttura della camera di atomizzazione. Tuttavia, l’influenza dei parametri di rettificazione, come la portata dell’aria ausiliaria e le dimensioni della camera di atomizzazione, sulle caratteristiche del campo di moto nella zona di ricircolo e sul movimento vorticoso della polvere non è stata studiata sistematicamente.