Metal Powder Atomization: Gas Atomization, Morphology, and PSD
Engineering guide to AM metal powder production: Vacuum Induction Gas Atomization (VIGA), Plasma Atomization (EIGA, PREP), morphology, and PSD quality standards.
AM metal powder quality governs final part integrity. Atomization technologies (VIGA, EIGA, PREP) engineer highly spherical, satellite-free powders with tailored particle size distributions (PSD).
- Hochsphärische Partikel ohne Satelliten gewährleisten homogene Schüttdichte und fehlerfreien Schichtauftrag.
- PSD-Standards: 15 bis 53 µm für LPBF-Pulverbetten, 45 bis 150 µm für Laser-DED und PTA-Auftragschweißen.
- Tiegelfreies EIGA- und PREP-Verfahren verhindert keramische Oxideinschlüsse bei Titan und Refraktärmetallen.
- Gasporosität im Pulverkorn (Hohlkugeln durch eingeschlossenes Argon) führt direkt zu Bauteilmikroporen.
Technical Specifications & Comparison Matrix
ISO/ASTM 52900| Verfahren | Vakuum-Gasverdüsung (VIGA) | Elektroden-Gasverdüsung (EIGA) | Plasma-Rotationszerstäubung (PREP) |
|---|---|---|---|
| Schmelzführung | Keramik-Tiegel (Induktion) | Tiegelfrei (Stangenelektrode) | Tiegelfrei (rotierende Stange + Plasma) |
| Metallreinheit | Sehr gut (Edelstahl, Ni-Basis) | Höchste Reinheit (Titan, Zr) | Absoluteste Reinheit (keine Keramik) |
| Sphärizität | Gut bis sehr gut (einige Satelliten) | Sehr gut (hohe Sphärizität) | Perfekt kugelförmig (satellitenfrei) |
| Innere Pulverporosität | Geringe Gasblaseneinschlüsse | Sehr gering | Nahezu 0 % (hohlraumfrei) |
| Herstellkosten | Wirtschaftlich / Standard | Gehoben | Sehr hoch / Spezialpulver |
Atomization Technologies: VIGA vs. EIGA vs. PREP
Bei VIGA schmilzt die Legierung in einem Keramiktiegel und fließt durch eine Düse, wo Überschall-Argonstrahlen den Schmelzstrahl in Millionen Tröpfchen zerreisen. Bei reaktiven Metallen (Titan) würde Schmelzkontakt mit Keramiktiegeln zur Sauerstoffaufnahme führen. Daher nutzt man EIGA: Eine rotierende Titanstange wird berührungslos durch Induktion abgeschmolzen; die Schmelze tropft direkt in die Gasdüse – absolut frei von Tiegelabrieb.
Particle Size Distribution (PSD): D10, D50, D90 Metrics
Eine ideale PSD nach ASTM B822 weist eine Gaußkurve auf. D10 bezeichnet den Durchmesser, unter dem 10 % der Partikelmasse liegen; D50 ist der Median; D90 die Obergrenze. Zu viele Feinanteile (< 10 µm) führen zu elektrostatischer Aufladung, Verklumpung und schlechtem Fließen. Zu viele Grobpartikel (> 53 µm) blockieren die Beschichterklinge und schmelzen bei 40 µm Schichtdicken nicht vollständig auf (Bindefehler).
Hollow Particles and Trapped Atomization Gas
Beim Auftreffen der Gasstrahlen auf flüssige Tröpfchen wird mitunter Schutzgas (Argon) in der Tröpfchenmitte eingeschlossen, bevor es erstarrt. Diese winzigen Hohlsphären gelangen ins Bauteil: Im Schmelzbad kann das unlösliche Argon nicht entweichen und hinterlässt permanente Mikrogasporen. Hochwertige Pulver werden daher mit Röntgen-Mikrotomographie auf Porosität geprüft.
Frequently Asked Questions (FAQ)
Wie wird die Fließfähigkeit von Metallpulver gemessen?
Wie oft darf Metallpulver im LPBF wiederverwendet werden?
Können feine Pulver explodieren?
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