A nikkel alapú porok alapvető jellemzői és előnyei
A nikkel alapú fémporok nélkülözhetetlenek a modern mérnöki munkában, mivel kivételes képességük van szerkezeti integritás megőrzésére extrém körülmények között is. A szabványos acélporokkal ellentétben a nikkel alapú ötvözetek a magas hőmérsékleti szilárdság, a kiváló termikus kifáradásállóság és a kiváló oxidációs ellenállás egyedülálló kombinációját kínálják. Ezeket a porokat gyakran ötvözik olyan elemekkel, mint a króm, molibdén, volfrám és alumínium, hogy javítsák a speciális tulajdonságokat, például a kúszásállóságot vagy a helyi korrózióvédelmet. Sokoldalú természetük lehetővé teszi, hogy megbízhatóan teljesítsenek olyan környezetben, ahol a hőmérséklet gyakran meghaladja a 600 °C-ot, így a „szuperötvözet” alkalmazásokhoz a választott anyag.
Ezeknek a poroknak az egyik meghatározó jellemzője az arcközpontú köbös (FCC) kristályszerkezetük, amely a kriogén hőmérséklettől egészen az olvadáspontig stabil marad. Ez a stabilitás megakadályozza a fázisátalakulásokat, amelyek ridegséghez vagy méretbeli instabilitáshoz vezethetnek a hőciklus során. Ezenkívül a nikkel ötvözőelemekkel szembeni nagy toleranciája lehetővé teszi olyan összetett mikrostruktúrák létrehozását, mint például a gamma-prime (γ') csapadékfázis, amely jelentősen növeli a mechanikai szilárdságot azáltal, hogy gátolja a diszlokációs mozgást a fémmátrixon belül.
Általánosan használt nikkel alapú ötvözetcsoportok
A kiválasztás a nikkel alapú fémpor nagymértékben függ a tervezett környezeti stresszoroktól. Az alábbiakban a porkohászatban és az adalékanyag-gyártásban használt legelterjedtebb ötvözetcsaládok összehasonlítása látható:
| Ötvözet kategória | Kulcsfontosságú példák | Elsődleges teljesítménytulajdonság |
| Nikkel-króm | Inconel 625, 718 | Magas szakító- és szakítószilárdság |
| Nikkel-molibdén | Hastelloy C276, B3 | Kiváló sav- és vegyszerállóság |
| Nikkel-Réz | Monel 400, K500 | Tengervízzel és fluorsavval szembeni ellenállás |
Inconel 718: Az iparági szabvány
Az Inconel 718 talán a legszélesebb körben használt nikkelpor. Ez egy csapadékkal edzhető ötvözet, amely jelentős mennyiségű vasat, nióbiumot és molibdént tartalmaz. Népszerűsége kiváló hegeszthetőségéből és hegesztés utáni repedésekkel szembeni ellenálló képességéből fakad, ami ideálissá teszi a Laser Powder Bed Fusion (LPBF) és más 3D nyomtatási eljárásokhoz. Nagy szilárdságot tart fenn 700 °C-ig, és gyakran megtalálható a turbinatárcsákban és a nagy szilárdságú csavarokban.
Hastelloy sorozat a korrozív feldolgozáshoz
A vegyipari feldolgozóipar számára a Hastelloy porok páratlan védelmet nyújtanak az agresszív közegekkel szemben. Ezeket a porokat úgy tervezték, hogy ellenálljanak a lyukképződésnek, a feszültség-korróziós repedéseknek és az oxidáló atmoszférának. Általában reaktorok, hőcserélők és szelepek alkatrészeinek bevonására vagy gyártására használják, ahol a szabványos rozsdamentes acélok gyorsan meghibásodnak.
Előállítási módszerek és porminőség
A nikkel alapú fémpor teljesítményét morfológiája, részecskeméret-eloszlása (PSD) és kémiai tisztasága határozza meg. A különböző gyártási technikák különböző ipari alkalmazásokhoz megfelelő porokat eredményeznek:
- Gázporlasztás: Ez a legelterjedtebb módszer kiváló minőségű gömbporok előállítására. Az olvadt nikkelötvözetet nagynyomású inert gáz (tipikusan argon vagy nitrogén) szétesik. Ez nagymértékben gömb alakú részecskéket eredményez, amelyek kiváló folyóképességgel rendelkeznek, ami elengedhetetlen a 3D nyomtatás egyenletes rétegeihez.
- Plasma Rotating Electrode Process (PREP): Ezzel a módszerrel a legmagasabb szintű gömb alakú porok és minimális kerámiazárványok állíthatók elő. Gyakran fenntartják kritikus űrkutatási alkalmazásokhoz, ahol a kifáradás az elsődleges szempont.
- Vízporlasztás: Míg költséghatékonyabb, a vízporlasztás szabálytalan, hegyes formákat hoz létre. Ezek a porok jobban megfelelnek a hagyományos "sajtolás és szinterezés" kohászathoz, ahol zöldszilárdság (a por azon képessége, hogy kiégetés előtt meg tudja tartani alakját) szükséges.
Főbb ipari alkalmazások
A nikkel alapú fémporok alkalmazása több csúcstechnológiai ágazatot forradalmasított, lehetővé téve a hatékonyabb tervezést és az alkatrészek hosszabb élettartamát. Az ömlesztett megmunkálásról a poralapú gyártásra való áttérés olyan belső hűtőcsatornák és összetett geometriák létrehozását tette lehetővé, amelyeket korábban lehetetlen volt előállítani.
Repülési és gázturbinák
A repülőgépiparban nikkelport használnak turbinalapátok, lapátok és égésterek gyártására. Ezeknek az alkatrészeknek ellenállniuk kell a nagy sebességű forgás centrifugális erőinek, miközben égő tüzelőanyaggal robbantják őket. Az Inconel porok használata a 3D nyomtatásban lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy több alkatrészt egyetlen könnyű szerkezetbe vonjanak össze, csökkentve a motor tömegét és növelve az üzemanyag-hatékonyságot.
Olaj- és gázkitermelés
A tenger alatti fúrási környezet hihetetlenül zord, magas nyomással és savanyú gáznak (H2S) való kitettséggel jár. A nikkel alapú porokat olcsóbb acél alkatrészek bevonására (fedésére) használják korrózióálló ötvözet védőréteggel. Ez a "lézeres burkolat" technika meghosszabbítja a fúrószárak, szivattyútengelyek és szelepek élettartamát, megelőzve a mélytengeri műveletek katasztrofális meghibásodását.
Orvosi és megújuló energia
Noha az implantátumokban kevésbé elterjedt, mint a titán, bizonyos nikkel-króm porokat speciális orvosi műszerekben és fogprotézisekben használnak kopásállóságuk miatt. A megújuló szektorban a nikkelporok a koncentrált napenergia-erőművekben (CSP) kapnak szerepet, ahol olyan hőátadó rendszerekben szolgálnak, amelyek rendkívül magas hőmérsékleten működnek gőz előállítására villamos energiához.
