Вдосконалення високочастотного індукційно-плазмового технологічного процесу сфероїдизації алюмінієвого порошку
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.359307Ключові слова:
сфероїдизація, алюмінієвий порошок, адитивне виробництво, комп’ютерне моделювання, високочастотна індукційна плазмаАнотація
Об'єктом цього дослідження є процес високочастотної індукційно – плазмової сфероїдизації алюмінієвого порошку. Необхідність роботи викликана складністю сфероїдизації легкоплавких матеріалів, а також зростанням потреб використання сфероїдизованих порошків з нових матеріалів у адитивному виробництві, порошковій металургії та газотермічному нанесені покриттів.
Для визначення процесу сфероїдизації частинок використано комплексний підхід, що включає експериментальні дослідження, аналітичне описання теплових процесів та чисельне моделювання із застосуванням програмного середовища COMSOL Multiphysics.
За результатами моделювання були визначені параметри високочастотної індукційної плазми, закономірності нагріву, плавлення і кристалізації частинок алюмінієвого порошку. Встановлено, що повний цикл нагріву до температури плавлення та фазового переходу відбувається за надзвичайно короткий час – порядку від 10-5 с до 10-4 с. для частинки діаметром 50 мкм. Температурні градієнти всередині частинок є незначними, що сприяє їх рівномірному плавленню та формуванню сферичної форми під дією сил поверхневого натягу. Ключовими факторами процесу є температура плазми і час перебування частинок у високотемпературній зоні. Отримані результати моделювання дозволили встановити технологічні режими сфероїдизації: струм індуктора 40–42 А, частота струму 1,76 МГц, витрата газу рівні 5 л/с, тиск газу на вході плазмотрону 13×10-3 МПа. Адекватність запропонованого моделювання підтверджено отриманням порошку алюмінію з високим ступенем сфероїдизації (від 95% до 98%).
Розроблена модель може бути використана для прогнозування параметрів процесу та його подальшої оптимізації з метою отримання сферичних порошків із інших матеріалів і фракцій
Посилання
- Vafadar, A., Guzzomi, F., Rassau, A., Hayward, K. (2021). Advances in Metal Additive Manufacturing: A Review of Common Processes, Industrial Applications, and Current Challenges. Applied Sciences, 11 (3), 1213. https://doi.org/10.3390/app11031213
- Boulos, M. (2004). Plasma power can make better powders. Metal Powder Report, 59 (5), 16–21. https://doi.org/10.1016/s0026-0657(04)00153-5
- Vert, R., Pontone, R., Dolbec, R., Dionne, L., Boulos, M. I. (2016). Induction Plasma Technology Applied to Powder Manufacturing: Example of Titanium-Based Materials. Key Engineering Materials, 704, 282–286. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.704.282
- Getto, E., Santucci, R. J., Gibbs, J., Link, R., Retzlaff, E., Baker, B. et al. (2023). Powder plasma spheroidization treatment and the characterization of microstructure and mechanical properties of SS 316L powder and L-PBF builds. Heliyon, 9 (6), e16583. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16583
- Sehhat, M. H., Sutton, A. T., Hung, C.-H., Brown, B., O’Malley, R. J., Park, J., Leu, M. C. (2022). Plasma spheroidization of gas-atomized 304L stainless steel powder for laser powder bed fusion process . Materials Science in Additive Manufacturing, 1 (1), 1. https://doi.org/10.18063/msam.v1i1.1
- Yanko, T., Ovchinnikov, A., Lyutyk, N., Korzhyk, V. (2018). Technology for obtaining of plasma spheroidised hdh titanium alloy powders used in 3D printing. Technological Systems, 85 (4). https://doi.org/10.29010/085.7
- Bao, Q., Yang, Y., Wen, X., Guo, L., Guo, Z. (2021). The preparation of spherical metal powders using the high-temperature remelting spheroidization technology. Materials & Design, 199, 109382. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109382
- Kuzmichev, A., Maikut, S., Sydorenko, S. (2024). Study of Near-Threshold Power Discharge in Miniature Low-Pressure Microwave Induction Plasmatron. Radioelectronics and Communications Systems, 67 (3), 157–160. https://doi.org/10.3103/s0735272724010059
- Kuzmichev, A. I., Smirnov, I. V., Tsybulsky, L. Yu. (2025). Study of plasma electron source with multi-cell hollow cathode. Problems of Atomic Science and Technology, 4 (158), 22–24. https://doi.org/10.46813/2025-158-022
- Sharma, S., Krishna, K. V. M., Joshi, S. S., Rabbi, I. A. F., Nartu, M. S. K. K. Y., Banerjee, R., Dahotre, N. B. (2025). Multi-scale numerical modeling of inductively coupled plasma spheroidization of refractory tungsten powders for additive manufacturing. Additive Manufacturing, 105, 104801. https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104801
- Sehhat, M. H., Chandler, J., Yates, Z. (2022). A review on ICP powder plasma spheroidization process parameters. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 103, 105764. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105764
- Iovane, P., Borriello, C., Pandolfi, G., Portofino, S., Rametta, G., Tammaro, L. et al. (2024). Thermal Plasma Spheroidization and Characterization of Stainless Steel Powders Using Direct Current Plasma Technology. Plasma, 7 (1), 76–90. https://doi.org/10.3390/plasma7010006
- Yu, X., Yang, J., Wang, G., Yu, Q., Deng, Y., Yu, W. (2025). Study on the Preparation of Metallic Aluminum Powder by Nitrogen Atomization. Processes, 13 (10), 3264. https://doi.org/10.3390/pr13103264
- Andreytsev, А. Yu., Smyrnov, I. V., Chornyi, A. V., Minakov, S. N. (2021). Modeling the process of spheroidization powder particles by the plasma-arc method. Applied Questions of Mathematical Modeling, 4 (2.2), 25–32. https://doi.org/10.32782/kntu2618-0340/2021.4.2.2.2
- COMSOL Multiphysics®. Available at: https://www.comsol.com
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Mykola Lyutyk, Mykola Skulskyi, Serhii Maikut, Anatoly Kuzmichev, Valeriy Pashchenko, Volodymyr Lysak, Andrii Chornyi, Ihor Sіеliverstov, Igor Smirnov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
