Osnovne karakteristike i prednosti prahova na bazi nikla
Metalni prahovi na bazi nikla nezamjenjivi su u modernom inženjerstvu zbog svoje iznimne sposobnosti održavanja strukturalnog integriteta u ekstremnim uvjetima. Za razliku od standardnog čeličnog praha, legure na bazi nikla nude jedinstvenu kombinaciju otpornosti na visoke temperature, izvrsnu otpornost na toplinski zamor i vrhunsku otpornost na oksidaciju. Ovi prahovi često su legirani elementima kao što su krom, molibden, volfram i aluminij kako bi se poboljšala specifična svojstva poput otpornosti na puzanje ili lokalne zaštite od korozije. Njihova svestrana priroda omogućuje im pouzdanu izvedbu u okruženjima u kojima temperature često prelaze 600°C, što ih čini materijalom izbora za aplikacije "superlegura".
Jedna od značajki koje definiraju ove prahove je njihova kubična (FCC) kristalna struktura, koja ostaje stabilna od niskih temperatura do točke taljenja. Ova stabilnost sprječava fazne transformacije koje bi mogle dovesti do lomljivosti ili dimenzionalne nestabilnosti tijekom toplinskog ciklusa. Nadalje, visoka tolerancija nikla na legirajuće elemente omogućuje stvaranje složenih mikrostruktura, kao što je gama-prime (γ') precipitatna faza, koja značajno povećava mehaničku čvrstoću ometanjem kretanja dislokacija unutar metalne matrice.
Najčešće korištene skupine legura na bazi nikla
Odabir a metalni prah na bazi nikla uvelike ovisi o namjeravanim okolišnim stresorima. Dolje je usporedba najzastupljenijih obitelji legura koje se koriste u metalurgiji praha i aditivnoj proizvodnji:
| Kategorija legura | Ključni primjeri | Primarna osobina izvedbe |
| nikal-krom | Inconel 625, 718 | Visoka vlačna i lomna čvrstoća |
| nikal-molibden | Hastelloy C276, B3 | Vrhunska otpornost na kiseline i kemikalije |
| Nikal-bakar | Monel 400, K500 | Otpornost na morsku vodu i fluorovodičnu kiselinu |
Inconel 718: Industrijski standard
Inconel 718 je možda najčešće korišten prah nikla. To je legura koja se stvrdnjava taloženjem i sadrži značajne količine željeza, niobija i molibdena. Njegova popularnost proizlazi iz njegove izvrsne zavarljivosti i otpornosti na pucanje nakon zavarivanja, što ga čini idealnim za Laser Powder Bed Fusion (LPBF) i druge procese 3D ispisa. Zadržava visoku čvrstoću do 700°C i često se nalazi u turbinskim diskovima i vijcima visoke čvrstoće.
Hastelloy serija za korozivnu obradu
Za kemijsku prerađivačku industriju, Hastelloy prašci pružaju neusporedivu zaštitu od agresivnih medija. Ovi praškovi su dizajnirani da budu otporni na piting, pucanje uslijed korozije i oksidirajuću atmosferu. Obično se koriste za premazivanje ili proizvodnju komponenti za reaktore, izmjenjivače topline i ventile gdje bi standardni nehrđajući čelici brzo otkazali.
Metode proizvodnje i kvaliteta praha
Učinkovitost metalnog praha na bazi nikla diktira njegova morfologija, raspodjela veličine čestica (PSD) i kemijska čistoća. Različite proizvodne tehnike daju prahove prikladne za različite industrijske primjene:
- Raspršivanje plinom: Ovo je najčešća metoda za proizvodnju visokokvalitetnog sferičnog praha. Rastaljena legura nikla razgrađuje se visokotlačnim inertnim plinom (obično argonom ili dušikom). To rezultira vrlo sfernim česticama s izvrsnom protočnošću, bitnom za dosljedne slojeve u 3D ispisu.
- Proces s plazma rotirajućom elektrodom (PREP): Ova metoda proizvodi prah s najvišom razinom sferne savršenosti i minimalnim keramičkim inkluzijama. Često je rezerviran za kritične zrakoplovne i svemirske primjene gdje je izdržljivost primarna briga.
- Atomizacija vodom: Iako je isplativija, atomizacija vodom proizvodi nepravilne, igličaste oblike. Ovi prahovi su prikladniji za tradicionalnu metalurgiju "prešanja i sinteriranja" gdje je potrebna zelena čvrstoća (sposobnost praha da zadrži svoj oblik prije pečenja).
Ključne industrijske primjene
Usvajanje metalnog praha na bazi nikla revolucioniralo je nekoliko visokotehnoloških sektora dopuštajući učinkovitije dizajne i dulji životni vijek komponenti. Prijelaz s masovne strojne obrade na proizvodnju temeljenu na prahu omogućio je stvaranje unutarnjih kanala za hlađenje i složenih geometrija koje je prije bilo nemoguće proizvesti.
Zrakoplovne i plinske turbine
U zrakoplovnom sektoru prah nikla koristi se za proizvodnju turbinskih lopatica, lopatica i komora za izgaranje. Ove komponente moraju izdržati centrifugalne sile rotacije velike brzine dok ih raznosi goruće gorivo. Korištenje praha Inconel u 3D ispisu omogućuje inženjerima da konsolidiraju više dijelova u jednu laganu strukturu, smanjujući težinu motora i povećavajući učinkovitost goriva.
Vađenje nafte i plina
Okruženje podvodnog bušenja je nevjerojatno surovo, uključuje visoki tlak i izloženost kiselom plinu (H2S). Prahovi na bazi nikla koriste se za oblaganje (prekrivanje) jeftinijih čeličnih komponenti zaštitnim slojem legure otporne na koroziju. Ova tehnika "laserskog oblaganja" produljuje vijek trajanja svrdla, osovina pumpi i ventila, sprječavajući katastrofalne kvarove u operacijama na dubokom moru.
Medicinska i obnovljiva energija
Iako su rjeđi od titana u implantatima, određeni prah nikal-kroma koristi se u specijaliziranim medicinskim instrumentima i zubnoj protetici zbog svoje otpornosti na trošenje. U sektoru obnovljivih izvora energije prah nikla pronalazi ulogu u postrojenjima za koncentriranu solarnu energiju (CSP), gdje služi u sustavima za prijenos topline koji rade na ekstremno visokim temperaturama za proizvodnju pare za električnu energiju.
