Podstawowe cechy i zalety proszków na bazie niklu
Proszki metali na bazie niklu są niezbędne w nowoczesnej inżynierii ze względu na ich wyjątkową zdolność do utrzymywania integralności strukturalnej w ekstremalnych warunkach. W przeciwieństwie do standardowych proszków stali, stopy na bazie niklu oferują unikalne połączenie wytrzymałości w wysokiej temperaturze, doskonałej odporności na zmęczenie cieplne i doskonałej odporności na utlenianie. Proszki te są często dodawane do pierwiastków, takich jak chrom, molibden, wolfram i aluminium, aby poprawić określone właściwości, takie jak odporność na pełzanie lub miejscowa ochrona przed korozją. Ich wszechstronny charakter pozwala im niezawodnie działać w środowiskach, w których temperatury często przekraczają 600°C, co czyni je materiałem wybieranym do zastosowań „nadstopowych”.
Jedną z charakterystycznych cech tych proszków jest ich sześcienna struktura krystaliczna skupiona na powierzchni (FCC), która pozostaje stabilna od temperatur kriogenicznych aż do temperatury topnienia. Ta stabilność zapobiega przemianom fazowym, które mogłyby prowadzić do kruchości lub niestabilności wymiarowej podczas cykli termicznych. Co więcej, wysoka tolerancja niklu na pierwiastki stopowe umożliwia tworzenie złożonych mikrostruktur, takich jak faza wydzielenia pierwotnego gamma (γ'), która znacznie zwiększa wytrzymałość mechaniczną poprzez utrudnianie ruchu dyslokacyjnego w metalowej osnowie.
Powszechnie stosowane grupy stopów na bazie niklu
Wybór A proszek metalowy na bazie niklu zależy w dużej mierze od zamierzonych stresorów środowiskowych. Poniżej znajduje się porównanie najpopularniejszych rodzin stopów stosowanych w metalurgii proszków i produkcji przyrostowej:
| Kategoria stopu | Kluczowe przykłady | Podstawowa cecha wydajności |
| Nikiel-Chrom | Inconel 625, 718 | Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i zrywanie |
| Nikiel-Molibden | Hastelloy C276, B3 | Doskonała odporność na kwasy i chemikalia |
| Nikiel-Miedź | Monel 400, K500 | Odporność na wodę morską i kwas fluorowodorowy |
Inconel 718: standard branżowy
Inconel 718 jest prawdopodobnie najczęściej stosowanym proszkiem niklu. Jest to stop utwardzalny wydzieleniowo, zawierający znaczne ilości żelaza, niobu i molibdenu. Jego popularność wynika z doskonałej spawalności i odporności na pękanie po spawaniu, co czyni go idealnym do zastosowań w Laser Powder Bed Fusion (LPBF) i innych procesach drukowania 3D. Utrzymuje wysoką wytrzymałość do 700°C i często występuje w tarczach turbin i śrubach o wysokiej wytrzymałości.
Seria Hastelloy do obróbki korozyjnej
W przemyśle chemicznym proszki Hastelloy zapewniają niezrównaną ochronę przed agresywnymi mediami. Proszki te są odporne na wżery, pękanie spowodowane korozją naprężeniową i atmosferę utleniającą. Są powszechnie stosowane do powlekania lub produkcji elementów reaktorów, wymienników ciepła i zaworów, w których standardowe stale nierdzewne szybko ulegają uszkodzeniu.
Metody produkcji i jakość proszku
Działanie proszku metalu na bazie niklu zależy od jego morfologii, rozkładu wielkości cząstek (PSD) i czystości chemicznej. Różne techniki produkcyjne pozwalają uzyskać proszki odpowiednie do różnych zastosowań przemysłowych:
- Atomizacja gazowa: Jest to najpopularniejsza metoda wytwarzania wysokiej jakości proszków kulistych. Stopiony stop niklu ulega rozkładowi pod wpływem gazu obojętnego pod wysokim ciśnieniem (zwykle argonu lub azotu). W rezultacie powstają wysoce kuliste cząstki o doskonałej płynności, niezbędne do uzyskania spójnych warstw w druku 3D.
- Proces plazmowej elektrody obrotowej (PREP): Metoda ta pozwala uzyskać proszki o najwyższym poziomie doskonałości sferycznej i minimalnej zawartości wtrąceń ceramicznych. Często jest zarezerwowany dla krytycznych zastosowań lotniczych, gdzie głównym problemem jest trwałość zmęczeniowa.
- Atomizacja wody: Chociaż jest bardziej opłacalna, atomizacja wody pozwala uzyskać nieregularne, iglaste kształty. Proszki te lepiej nadają się do tradycyjnej metalurgii „prasowania i spiekania”, gdzie wymagana jest wytrzymałość na świeżo (zdolność proszku do utrzymywania kształtu przed wypaleniem).
Kluczowe zastosowania przemysłowe
Zastosowanie proszków metali na bazie niklu zrewolucjonizowało kilka sektorów zaawansowanych technologii, umożliwiając bardziej wydajne projekty i dłuższą żywotność komponentów. Przejście z obróbki masowej na produkcję proszkową umożliwiło utworzenie wewnętrznych kanałów chłodzących i skomplikowanych geometrii, które wcześniej były niemożliwe do wytworzenia.
Turbiny lotnicze i gazowe
W sektorze lotniczym proszki niklu wykorzystuje się do produkcji łopatek, łopatek i komór spalania turbin. Elementy te muszą wytrzymywać siły odśrodkowe powstające przy dużych prędkościach obrotowych podczas spalania paliwa. Zastosowanie proszków Inconel w druku 3D umożliwia inżynierom skonsolidowanie wielu części w jedną lekką konstrukcję, zmniejszając masę silnika i zwiększając oszczędność paliwa.
Wydobywanie ropy i gazu
Warunki wierceń podmorskich są niezwykle trudne, wiążą się z wysokim ciśnieniem i narażeniem na kwaśny gaz (H2S). Proszki na bazie niklu służą do pokrywania (pokrywania) tańszych elementów stalowych warstwą ochronną ze stopu odpornego na korozję. Ta technika „okładania laserowego” wydłuża żywotność wierteł, wałów pomp i zaworów, zapobiegając katastrofalnym awariom podczas operacji głębinowych.
Energia medyczna i odnawialna
Chociaż niektóre proszki niklowo-chromowe są mniej powszechne niż tytan w implantach, są stosowane w specjalistycznych instrumentach medycznych i protetyce dentystycznej ze względu na ich odporność na zużycie. W sektorze energii odnawialnej proszki niklu znajdują zastosowanie w elektrowniach skoncentrowanej energii słonecznej (CSP), gdzie służą w systemach wymiany ciepła, które działają w ekstremalnie wysokich temperaturach w celu wytwarzania pary do produkcji energii elektrycznej.
