Máquina atomizadora de água para pó metálico de 100 a 400 mesh

O pó preparado por atomização a vácuo com ar apresenta vantagens como alta pureza, baixo teor de oxigênio e granulometria fina. Após anos de inovação e aprimoramento contínuos, a tecnologia de atomização a vácuo com ar tornou-se o principal método de produção de pós metálicos e de ligas de alto desempenho, sendo um fator determinante para o apoio e a promoção da pesquisa de novos materiais e o desenvolvimento de novas tecnologias. Este artigo apresenta o princípio, o processo e os equipamentos de moagem de pó por atomização a vácuo com ar, além de analisar os tipos e aplicações do pó preparado por esse método.

O método de atomização é um método de preparação de pó no qual um fluido em movimento rápido (meio atomizador) impacta ou fragmenta o metal ou liga metálica líquida em gotículas finas, que são então condensadas em pó sólido. As partículas de pó atomizadas não só possuem a mesma composição química homogênea da liga fundida, como também, devido à rápida solidificação, refinam a estrutura cristalina e eliminam a macrosegregação da segunda fase. O meio de atomização mais comum é a água ou o ultrassom, sendo denominados, respectivamente, atomização por água e atomização por gás. Os pós metálicos preparados por atomização por água apresentam alto rendimento e custo-benefício, além de rápida taxa de resfriamento, porém possuem alto teor de oxigênio e morfologia irregular, geralmente em forma de flocos. O pó preparado pela tecnologia de atomização ultrassônica apresenta tamanho de partícula pequeno, alta esfericidade e baixo teor de oxigênio, tornando-se o principal método para a produção de pós metálicos e de ligas metálicas esféricos de alto desempenho.

A tecnologia de pulverização por atomização a gás de alta pressão e fusão a vácuo integra tecnologias de alto vácuo, fusão a alta temperatura e atomização a gás de alta pressão e alta velocidade, sendo desenvolvida para atender às necessidades da metalurgia do pó, especialmente para a produção de ligas de alta qualidade contendo pó com elementos ativos. A tecnologia de pulverização por atomização ultrassônica/gás é uma nova tecnologia de solidificação rápida. Devido à alta taxa de resfriamento, o pó apresenta características como grãos refinados, composição uniforme e alta solubilidade sólida.

Além das vantagens mencionadas, o pó metálico produzido por atomização a gás de alta pressão por fusão a vácuo apresenta as seguintes três características: pó puro, baixo teor de oxigênio; alto rendimento de pó fino; e alta esfericidade. Materiais estruturais ou funcionais fabricados a partir desse pó apresentam muitas vantagens sobre os materiais convencionais em termos de propriedades físicas e químicas. Os pós desenvolvidos incluem pó de superliga, pó de liga para aspersão térmica, pó de liga de cobre e pó de aço inoxidável.

1. Processo e equipamentos de moagem de pó por atomização a vácuo

1.1 Processo de moagem de pó por atomização a vácuo

O método de pulverização por atomização a vácuo é um novo tipo de processo desenvolvido na indústria de fabricação de pó metálico nos últimos anos. Ele apresenta vantagens como baixa oxidação dos materiais, resfriamento rápido do pó metálico e alto grau de automação. O processo específico consiste no seguinte: após a liga (metal) ser fundida e refinada em um forno de indução, o metal líquido fundido é vertido em um recipiente isolante térmico, entra no tubo guia e no bocal, e o fluxo de metal fundido é atomizado pelo fluxo de gás de alta pressão. O pó metálico atomizado solidifica e se deposita na torre de atomização, caindo em seguida no tanque de coleta de pó.

O equipamento de atomização, o ultrassom de atomização e o fluxo de metal líquido são os três aspectos básicos do processo de atomização a gás. No equipamento de atomização, o ultrassom injetado acelera e interage com o fluxo de metal líquido injetado, formando um campo de fluxo. Nesse campo de fluxo, o metal fundido é fragmentado, resfriado e solidificado, obtendo-se assim um pó com características específicas. Os parâmetros do equipamento de atomização incluem a estrutura do bocal, a estrutura do cateter, a posição do cateter, etc.; o gás de atomização e seus parâmetros de processo incluem as propriedades do ultrassom, a pressão de entrada do ar, a velocidade do ar, etc.; e o fluxo de metal líquido e seus parâmetros de processo incluem as propriedades do fluxo de metal líquido, o superaquecimento, o diâmetro do fluxo de líquido, etc. A atomização ultrassônica atinge o objetivo de ajustar o tamanho das partículas do pó, a distribuição do tamanho das partículas e a microestrutura por meio do ajuste de vários parâmetros e da sua coordenação.

1.2 Equipamento de pulverização por atomização a vácuo

Os equipamentos atuais de pulverização por atomização a vácuo incluem principalmente equipamentos estrangeiros e nacionais. Os equipamentos fabricados no exterior apresentam alta estabilidade e alta precisão de controle, porém o custo do equipamento é elevado, assim como os custos de manutenção e reparo. Os equipamentos nacionais têm baixo custo, baixo custo de manutenção e são mais fáceis de operar. Contudo, os fabricantes nacionais de equipamentos geralmente não dominam as tecnologias essenciais dos equipamentos, como bicos de atomização e processos de atomização. Atualmente, os institutos de pesquisa e empresas de produção estrangeiros relevantes mantêm a tecnologia estritamente confidencial, e os parâmetros específicos e industrializados do processo não podem ser obtidos em publicações e patentes relevantes. Isso faz com que o rendimento de pó de alta qualidade seja muito baixo para ser economicamente viável, sendo também a principal razão pela qual o nosso país ainda não conseguiu produzir pó de alta qualidade industrialmente, apesar de existirem muitas unidades de produção de pó aerossol e de pesquisa científica.

A estrutura do dispositivo de pulverização por atomização ultrassônica consiste nas seguintes partes: forno de fusão por indução de frequência intermediária, forno de espera, sistema de atomização, tanque de atomização, sistema de coleta de poeira, sistema de alimentação ultrassônica, sistema de resfriamento a água, sistema de controle, etc.

Atualmente, diversas pesquisas sobre aerossolização concentram-se principalmente em dois aspectos. Por um lado, estudam-se os parâmetros da estrutura do bocal e as características do fluxo do jato. O objetivo é obter a relação entre o campo de fluxo de ar e a estrutura do bocal, de modo que o ultrassom atinja a velocidade desejada na saída do bocal com uma vazão ultrassônica baixa, fornecendo assim uma base teórica para o projeto e o processamento do bocal. Por outro lado, estuda-se a relação entre os parâmetros do processo de atomização e as propriedades do pó. Busca-se estudar o efeito dos parâmetros do processo de atomização nas propriedades do pó e na eficiência da atomização, considerando as especificidades de cada bocal, para otimizar e orientar a produção de pó. Em suma, o aumento da produtividade de pó fino e a redução do consumo de gás são as principais direções de desenvolvimento da tecnologia de atomização ultrassônica.

1.2.1 Vários tipos de bicos para atomização ultrassônica

O gás atomizador aumenta a velocidade e a energia através do bocal, quebrando eficazmente o metal líquido e preparando o pó que atende aos requisitos. O bocal controla o fluxo e o padrão de fluxo do meio atomizado e desempenha um papel crucial no nível de eficiência e na estabilidade do processo de atomização, sendo a tecnologia-chave da atomização ultrassônica. No início do processo de atomização a gás, geralmente se utilizava a estrutura de bocal de queda livre. Esse bocal possui um design simples, não é propenso a entupimentos e o processo de controle é relativamente simples, porém sua eficiência de atomização não é alta, sendo adequado apenas para a produção de pó com tamanho de partícula de 50 a 300 μm. Para melhorar a eficiência da atomização, posteriormente foram desenvolvidos bocais restritivos ou bocais de atomização acoplados firmemente. O bocal restritivo ou acoplado estreitamente reduz a distância percorrida pelo gás e a perda de energia cinética durante o fluxo, aumentando assim a velocidade e a densidade do fluxo de gás que interage com o metal e, consequentemente, aumentando o rendimento de pó fino.

1.2.1.1 Bocal de fenda circunferencial

O ultrassom de alta pressão entra tangencialmente no bocal. Em seguida, é ejetado em alta velocidade, formando um vórtice.