ویژگی های اصلی و مزایای پودرهای مبتنی بر نیکل
پودرهای فلزی مبتنی بر نیکل به دلیل توانایی استثنایی آنها در حفظ یکپارچگی ساختاری در شرایط سخت، در مهندسی مدرن ضروری هستند. برخلاف پودرهای فولادی استاندارد، آلیاژهای مبتنی بر نیکل ترکیبی منحصر به فرد از استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر خستگی حرارتی عالی و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون را ارائه می دهند. این پودرها اغلب با عناصری مانند کروم، مولیبدن، تنگستن و آلومینیوم آلیاژ می شوند تا خواص خاصی مانند مقاومت در برابر خزش یا محافظت در برابر خوردگی موضعی را افزایش دهند. ماهیت همه کاره آنها به آنها اجازه می دهد تا در محیط هایی که دما اغلب از 600 درجه سانتیگراد بیشتر می شود عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند و آنها را به ماده انتخابی برای کاربردهای "سوپرآلیاژ" تبدیل می کند.
یکی از ویژگی های مشخص این پودرها ساختار کریستالی مکعبی (FCC) آنهاست که از دمای برودتی تا نقطه ذوب پایدار می ماند. این پایداری از تبدیل فازها که می تواند منجر به شکنندگی یا ناپایداری ابعادی در طول چرخه حرارتی شود، جلوگیری می کند. علاوه بر این، تحمل بالای نیکل برای عناصر آلیاژی، ایجاد ریزساختارهای پیچیده مانند فاز رسوب گاما-پرایم (γ') را امکان پذیر می کند، که به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی را با ممانعت از حرکت نابجایی در ماتریس فلزی افزایش می دهد.
گروه های آلیاژی مبتنی بر نیکل که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند
انتخاب الف پودر فلز بر پایه نیکل به شدت به عوامل استرس زای محیطی مورد نظر بستگی دارد. در زیر مقایسه ای از رایج ترین خانواده های آلیاژی مورد استفاده در متالورژی پودر و تولید مواد افزودنی آورده شده است:
| دسته آلیاژ | مثال های کلیدی | ویژگی عملکرد اولیه |
| نیکل کروم | اینکونل 625، 718 | استحکام کششی و گسیختگی بالا |
| نیکل-مولیبدن | Hastelloy C276، B3 | مقاومت اسیدی و شیمیایی برتر |
| نیکل مس | Monel 400, K500 | مقاومت در برابر آب دریا و اسید هیدروفلوئوریک |
Inconel 718: استاندارد صنعت
اینکونل 718 شاید پرکاربردترین پودر نیکل باشد. این یک آلیاژ قابل سخت شدن در اثر بارش است که حاوی مقادیر قابل توجهی آهن، نیوبیم و مولیبدن است. محبوبیت آن ناشی از جوش پذیری عالی و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی پس از جوش است که آن را برای فیوژن بستر پودر لیزری (LPBF) و سایر فرآیندهای چاپ سه بعدی ایده آل می کند. این استحکام بالا تا 700 درجه سانتیگراد را حفظ می کند و اغلب در دیسک های توربین و پیچ و مهره های با استحکام بالا یافت می شود.
سری Hastelloy برای پردازش خورنده
برای صنعت فرآوری شیمیایی، پودرهای Hastelloy محافظت بی نظیری در برابر رسانه های تهاجمی ایجاد می کند. این پودرها برای مقاومت در برابر سوراخ شدن، ترک خوردگی ناشی از تنش و محیط های اکسید کننده طراحی شده اند. آنها معمولاً برای پوشش یا ساخت اجزای راکتورها، مبدل های حرارتی و شیرهایی که فولادهای زنگ نزن استاندارد به سرعت از بین می روند استفاده می شوند.
روش های تولید و کیفیت پودر
عملکرد یک پودر فلز مبتنی بر نیکل توسط مورفولوژی، توزیع اندازه ذرات (PSD) و خلوص شیمیایی آن تعیین می شود. تکنیک های مختلف تولید پودرهای مناسب برای کاربردهای صنعتی مختلف تولید می کنند:
- اتمیزه کردن گاز: این رایج ترین روش برای تولید پودرهای کروی با کیفیت بالا است. آلیاژ نیکل مذاب توسط گاز بی اثر با فشار بالا (معمولاً آرگون یا نیتروژن) تجزیه می شود. این باعث ایجاد ذرات بسیار کروی با جریان پذیری عالی می شود که برای لایه های ثابت در چاپ سه بعدی ضروری است.
- فرآیند الکترود دوار پلاسما (PREP): این روش پودرهایی با بالاترین سطح کمال کروی و حداقل آخال های سرامیکی تولید می کند. اغلب برای کاربردهای حیاتی هوافضا که عمر خستگی نگرانی اصلی است، رزرو می شود.
- اتمیزه کردن آب: در حالی که اتمیزه کردن آب مقرون به صرفه تر است، اشکال نامنظم و سوزنی شکل ایجاد می کند. این پودرها برای متالورژی سنتی "پرس و تف جوشی" که در آن استحکام سبز (توانایی پودر برای حفظ شکل خود قبل از پخت) مورد نیاز است، مناسب تر هستند.
کاربردهای صنعتی کلیدی
استفاده از پودرهای فلزی مبتنی بر نیکل با امکان طراحی کارآمدتر و طول عمر بیشتر قطعات، چندین بخش با فناوری پیشرفته را متحول کرده است. انتقال از ماشینکاری فله به تولید مبتنی بر پودر، ایجاد کانالهای خنککننده داخلی و هندسههای پیچیدهای را امکانپذیر کرده است که قبلاً تولید آنها غیرممکن بود.
هوافضا و توربین های گازی
در بخش هوافضا، پودرهای نیکل برای ساخت پرههای توربین، پرهها و محفظههای احتراق استفاده میشوند. این قطعات باید نیروهای گریز از مرکز ناشی از چرخش با سرعت بالا را تحمل کنند در حالی که در اثر سوختن سوخت انفجار می شوند. استفاده از پودرهای اینکونل در پرینت سه بعدی به مهندسان این امکان را می دهد که چندین قسمت را در یک ساختار سبک وزن یکپارچه کنند و وزن موتور را کاهش داده و بازده سوخت را افزایش دهند.
استخراج نفت و گاز
محیطهای حفاری زیر دریا فوقالعاده خشن هستند که شامل فشار بالا و قرار گرفتن در معرض گاز ترش (H2S) است. پودرهای مبتنی بر نیکل برای روکش (روکش) اجزای فولادی ارزانتر با یک لایه محافظ از آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی استفاده میشوند. این تکنیک "پوشش لیزری" عمر مته ها، شفت پمپ ها و شیرها را افزایش می دهد و از خرابی های فاجعه بار در عملیات در اعماق دریا جلوگیری می کند.
پزشکی و انرژی های تجدیدپذیر
در حالی که کمتر از تیتانیوم در ایمپلنت ها رایج است، پودرهای نیکل کروم خاصی به دلیل مقاومت در برابر سایش در ابزار پزشکی تخصصی و پروتزهای دندانی استفاده می شوند. در بخش انرژیهای تجدیدپذیر، پودرهای نیکل در نیروگاههای متمرکز انرژی خورشیدی (CSP) نقش پیدا میکنند، جایی که در سیستمهای انتقال حرارت که در دماهای بسیار بالا برای تولید بخار برای الکتریسیته کار میکنند، خدمت میکنند.
