La tecnologia di atomizzazione PSI ottimizza la produzione di polvere di alluminio per la produzione additiva
Phoenix Scientific Industries (PSI), Hailsham, East Sussex, Regno Unito, ha segnalato una domanda crescente per i suoi sistemi di atomizzazione avanzati utilizzati per la lavorazione dell’alluminio. Attraverso la sua gamma di atomizzatori HERMIGA, PSI fornisce ai clienti apparecchiature classificate ATEX per produrre polveri di alluminio sferiche di alta qualità. La distribuzione delle dimensioni delle particelle può essere regolata per adattarsi all’utente finale, ottenendo rendimenti elevati, anche all’estremità più fine della gamma per applicazioni, come la produzione additiva di Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB). Il portafoglio HERMIGA spazia dalla ricerca e sviluppo ai sistemi di produzione in scala ad alta capacità ed è offerto sia in modalità batch che a getto continuo. Ciò è ulteriormente integrato dalle attività di sviluppo della metallurgia delle polveri di PSI e dalla tecnologia di lavorazione delle polveri di post-produzione.
L’alluminio è un metallo reattivo a bassa densità con un’affinità per l’ossigeno, spiega PSI. Nel mondo naturale si trova sotto forma di composti, con la bauxite (principalmente ossido di alluminio) che è la materia prima più comune per la produzione di alluminio metallico puro (un processo ad alta intensità energetica che richiede la riduzione elettrolitica). In quanto metallo reattivo, l’alluminio è sia infiammabile che potenzialmente combustibile. Alcune reazioni chimiche rilasciano anche gas infiammabili (es. 2Al + 3H 2 O = Al 2 0 3 + H 2 ). Esposto all’aria, l’alluminio formerà facilmente uno strato di ossido stabile e, una volta rivestite, le parti sfuse sono comunemente utilizzate in molte applicazioni quotidiane.
In polvere, tuttavia, il fattore di rischio aumenta a causa dell’aumento della superficie e il potenziale di combustione è ampiamente riconosciuto. Le stesse proprietà che possono porre problemi di produzione e manipolazione possono anche rendere le polveri di alluminio molto utili per un’ampia gamma di applicazioni, tra cui rivestimenti a spruzzo termico, produzione di vernici, produzione additiva, catalizzatori, propellenti solidi, fuochi d’artificio ed esplosivi, tra gli altri.
Leghe speciali di alluminio per Additive Manufacturing
La crescita della produzione additiva ha promosso lo sviluppo di nuove composizioni particolarmente adatte alle caratteristiche uniche di fusione e solidificazione dei processi AM laser e a fascio di elettroni. Molte di queste leghe contengono elementi reattivi, come le terre rare Ti e Zr, e richiedono le tecniche di fusione e atomizzazione sottovuoto/gas inerte fornite negli atomizzatori in scala di produzione HERMIGA serie 120 di PSI. Uno di questi atomizzatori è stato recentemente installato presso l’impianto di polvere metallica di IRT M2P a Uckange, in Francia. L’installazione ha dovuto affrontare alcune sfide, ha spiegato PSI, con il più grande dei componenti dell’atomizzatore installato attraverso il tetto per adattarsi a un edificio alto esistente con un ingombro limitato.
Lega di alluminio A20X™
PSI riferisce di aver lavorato anche allo sviluppo della lega di alluminio A20X™ per la produzione additiva. Questa lega ha una resistenza particolarmente buona alle alte temperature grazie agli effetti di indurimento per dispersione del suo contenuto di TiB 2 ed è stata sviluppata attraverso il progetto ” High S trength A luminium Pwder for additive manufacturing” (HIGHSAP) finanziato dal NATEP. Il consorzio ha riunito Aeromet (partner principale), PSI, Renishaw e Rolls Royceottimizzare la polvere A20X prodotta dall’atomizzazione per ottenere le proprietà più adatte a soddisfare i requisiti di produzione AM per applicazioni aerospaziali, di difesa e automobilistiche. Utilizzando le polveri prodotte da PSI, il consorzio ha prodotto in modo additivo campioni e componenti di test meccanici. Grazie all’esperienza e alle capacità combinate del consorzio, sono state raggiunte le seguenti proprietà di temperatura ambiente; resistenza finale di 511 MPa, carico di snervamento di 440 MPa e allungamento del 13% (sono stati condotti anche test di temperatura elevata). La polvere AT20X è ora disponibile in commercio.
La piattaforma del letto fluido PSI (a sinistra) e la polvere vengono fluidificate in una storta analogica trasparente a scopo di test (a destra) (Courtesy PSI)
Post processamento con reattore a letto fluido
Negli ultimi quattro anni PSI è entrata nel campo della tecnologia a letto fluido. Gli FBR sono estremamente versatili nella lavorazione di polveri, sia metalliche che non. Le applicazioni includono trattamenti termici, reazioni chimiche e rivestimento tramite deposizione chimica da vapore (CVD) di polveri sfuse che possono essere ridimensionate a volumi commercialmente interessanti. Le caratteristiche di trasferimento di massa e calore di un letto fluido lo rendono particolarmente adatto per lavorazioni a temperatura elevata mentre la pressione può essere facilmente regolata per ottimizzare la produzione.
L’istituzione di una catena di approvvigionamento di polveri con sede nel Regno Unito per l’ ingegneria di PowIl progetto di ders (ENGPOW) ha utilizzato la tecnologia FBR per elaborare la polvere con l’obiettivo finale, ovvero la riparazione in loco dei componenti danneggiati della cellula in alluminio tramite deposizione a spruzzo freddo. Non è possibile utilizzare la riparazione di saldatura convenzionale perché ciò influirebbe negativamente sulla tempra della lega del substrato nella zona alterata dal calore (HAZ). La riparazione a spruzzo a freddo offre un’alternativa compatibile con il substrato, ma è ostacolata dalla bassa efficienza di deposizione durante la spruzzatura di gradi di alluminio rilevanti. Per risolvere il problema, il consorzio ha sviluppato trattamenti termici personalizzati per ammorbidire la polvere, con conseguente maggiore deformazione delle particelle e quindi legame al substrato. A tal fine, è stata utilizzata una piattaforma FBR progettata da PSI per il trattamento termico in soluzione della polvere, seguito da estrazione, tempra rapida e conservazione a freddo a -40 ° C per prevenire l’insorgere del naturale indurimento dell’età. Il consorzio era composto da PSI (partner principale), TWI e Alphatek Hyperformance Coatings con BAE Systems in qualità di consulente. Sopra è raffigurato un FBR operato a PSI con il recipiente di contenimento rimosso, insieme a un analogo a bassa temperatura utilizzato per stabilire le caratteristiche di fluidificazione della polvere di alluminio prima del trattamento termico a temperatura elevata.
Polveri di alluminio – leghe di litio
PSI ha recentemente sviluppato la tecnologia per la produzione di polveri equimolari di alluminio – leghe di litio. A causa della densità estremamente bassa di Li, 534 kg/m 3 , legare una frazione così elevata ha incontrato notevoli difficoltà rispetto alle versioni strutturali più familiari contenenti fino al 2,45% di Li in massa. Ciò, combinato con l’elevata pressione di vapore del Li, ha presentato difficoltà sia durante la lega che durante la successiva manipolazione della polvere. È stato necessario sviluppare procedure di passivazione riviste a fronte di dati poco affidabili sull’esplosività e della tendenza a reagire vigorosamente con l’acqua. Un impianto di produzione è stato installato presso la sede di un cliente ed è ora in funzione.
PSI esporrà alla fiera Formnext di quest’anno , che si terrà a Francoforte, in Germania, dal 15 al 18 novembre. L’azienda avrà sede nel Padiglione 12.0 – Stand B14.
