Nikkelipohjaisten jauheiden ydinominaisuudet ja edut
Nikkelipohjaiset metallijauheet ovat välttämättömiä nykyaikaisessa suunnittelussa, koska ne pystyvät säilyttämään rakenteellisen eheyden äärimmäisissä olosuhteissa. Toisin kuin tavalliset teräsjauheet, nikkelipohjaiset seokset tarjoavat ainutlaatuisen yhdistelmän lujuutta korkeissa lämpötiloissa, erinomaisen lämpöväsymiskestävyyden ja erinomaisen hapettumisenkestävyyden. Nämä jauheet on usein seostettu alkuaineilla, kuten kromilla, molybdeenillä, volframilla ja alumiinilla tiettyjen ominaisuuksien, kuten virumisenkestävyyden tai paikallisen korroosiosuojauksen parantamiseksi. Niiden monipuolinen luonne mahdollistaa sen, että ne toimivat luotettavasti ympäristöissä, joissa lämpötilat usein ylittävät 600 °C, mikä tekee niistä materiaalin "superseos"-sovelluksiin.
Yksi näiden jauheiden määrittelevistä ominaisuuksista on niiden pintakeskeinen kuutio (FCC) kiderakenne, joka pysyy vakaana kryogeenisistä lämpötiloista sulamispisteeseen asti. Tämä stabiilisuus estää faasimuutoksia, jotka voivat johtaa haurauteen tai mittojen epävakauteen lämpösyklin aikana. Lisäksi nikkelin korkea seosaineiden sietokyky mahdollistaa monimutkaisten mikrorakenteiden, kuten gamma-prime (γ') sakkafaasin, luomisen, mikä lisää merkittävästi mekaanista lujuutta estämällä dislokaatioliikettä metallimatriisin sisällä.
Yleisesti käytetyt nikkelipohjaiset metalliseosryhmät
Valinta a nikkelipohjainen metallijauhe riippuu suuresti aiotuista ympäristön stressitekijöistä. Alla on vertailu yleisimmistä jauhemetallurgiassa ja lisäainevalmistuksessa käytetyistä metalliseosperheistä:
| Seosluokka | Keskeisiä esimerkkejä | Ensisijainen suorituskykyominaisuus |
| Nikkeli-kromi | Inconel 625, 718 | Korkea veto- ja murtolujuus |
| Nikkeli-molybdeeni | Hastelloy C276, B3 | Ylivoimainen hapon ja kemikaalien kestävyys |
| Nikkeli-kupari | Monel 400, K500 | Kestää merivettä ja fluorivetyhappoa |
Inconel 718: Toimialastandardi
Inconel 718 on ehkä laajimmin käytetty nikkelijauhe. Se on saostumassa karkaiseva metalliseos, joka sisältää merkittäviä määriä rautaa, niobiumia ja molybdeeniä. Sen suosio johtuu sen erinomaisesta hitsattavuudesta ja sen kestävyydestä hitsauksen jälkeistä halkeilua vastaan, mikä tekee siitä ihanteellisen laserjauhepetifuusio (LPBF) ja muihin 3D-tulostusprosesseihin. Se säilyttää korkean lujuuden jopa 700 °C:ssa, ja sitä löytyy usein turbiinilevyistä ja lujista pulteista.
Hastelloy-sarja syövyttävään käsittelyyn
Kemiankäsittelyteollisuudelle Hastelloy-jauheet tarjoavat vertaansa vailla olevan suojan aggressiivisia aineita vastaan. Nämä jauheet on suunniteltu kestämään pistesyöpymistä, jännityskorroosiohalkeilua ja hapettavaa ilmakehää. Niitä käytetään yleisesti reaktorien, lämmönvaihtimien ja venttiilien osien päällystämiseen tai valmistukseen, kun tavalliset ruostumattomat teräkset hajoavat nopeasti.
Tuotantomenetelmät ja jauheen laatu
Nikkelipohjaisen metallijauheen suorituskyvyn määrää sen morfologia, hiukkaskokojakautuma (PSD) ja kemiallinen puhtaus. Eri valmistustekniikat tuottavat erilaisiin teollisiin sovelluksiin soveltuvia jauhetta:
- Kaasusumutus: Tämä on yleisin menetelmä korkealaatuisten pallomaisten jauheiden valmistamiseksi. Sula nikkeliseos hajoaa korkeapaineisella inerttikaasulla (tyypillisesti argonilla tai typellä). Tämä johtaa erittäin pallomaisiin hiukkasiin, joilla on erinomainen juoksevuus, mikä on välttämätöntä yhtenäisille kerroksille 3D-tulostuksessa.
- Plasma Rotating Electrode Process (PREP): Tämä menetelmä tuottaa jauheita, joilla on korkein pallomainen täydellisyys ja minimaaliset keraamiset sulkeumat. Se on usein varattu kriittisiin ilmailusovelluksiin, joissa väsymisikä on ensisijainen huolenaihe.
- Veden sumutus: Vaikka veden sumutus on kustannustehokkaampaa, se tuottaa epäsäännöllisiä, neulamaisia muotoja. Nämä jauheet sopivat paremmin perinteiseen "puristus- ja sintraus"-metallurgiaan, jossa vaaditaan raakalujuutta (jauheen kykyä pitää muotonsa ennen polttoa).
Tärkeimmät teolliset sovellukset
Nikkelipohjaisten metallijauheiden käyttöönotto on mullistanut useita korkean teknologian sektoreita mahdollistamalla tehokkaamman suunnittelun ja pidemmän komponenttien käyttöiän. Siirtyminen massatyöstyksestä jauhepohjaiseen valmistukseen on mahdollistanut sisäisten jäähdytyskanavien ja monimutkaisten geometrioiden luomisen, joita ei aiemmin ollut mahdollista tuottaa.
Ilmailu- ja kaasuturbiinit
Ilmailualalla nikkelijauheita käytetään turbiinien siipien, siipien ja polttokammioiden valmistukseen. Näiden komponenttien on kestettävä nopean pyörimisen keskipakovoimat palavan polttoaineen puhaltaessa. Inconel-jauheiden käyttö 3D-tulostuksessa antaa insinöörille mahdollisuuden yhdistää useita osia yhdeksi kevyeksi rakenteeksi, mikä vähentää moottorin painoa ja lisää polttoainetehokkuutta.
Öljyn ja kaasun talteenotto
Merenalaiset porausympäristöt ovat uskomattoman ankaria, ja niihin liittyy korkea paine ja altistuminen happamalle kaasulle (H2S). Nikkelipohjaisia jauheita käytetään halvempien teräsosien päällystämiseen korroosionkestävällä metalliseoksella. Tämä "laserpinnoitus" -tekniikka pidentää poranterien, pumpun akselien ja venttiilien käyttöikää ja estää katastrofaaliset häiriöt syvänmeren operaatioissa.
Lääketieteellinen ja uusiutuva energia
Vaikka tietyt nikkeli-kromijauheet ovat harvinaisempia kuin titaani implanteissa, niitä käytetään erikoislääketieteellisissä instrumenteissa ja hammasproteeseissa niiden kulutuskestävyyden vuoksi. Uusiutuvien energialähteiden alalla nikkelijauheet löytävät roolinsa keskittyneissä aurinkovoimalaitoksissa (CSP), joissa ne toimivat lämmönsiirtojärjestelmissä, jotka toimivat erittäin korkeissa lämpötiloissa tuottaen höyryä sähköä varten.
