Prášek hliníku niklu

Přehled práškového oxidu hlinitého niklu

Prášek oxidu hlinitého niklu je intermetalická sloučenina složená z atomů niklu (Ni) a hliníku (Al) v přibližném poměru 1:1. Vyznačuje se vysokou pevností a tvrdostí, vynikající odolností proti korozi a oxidaci při vysokých teplotách, nízkou hustotou a dobrou odolností proti opotřebení.

Prášky oxidu hlinitého niklu se vyrábějí plynovou nebo vodní atomizací předlegovaných ingotů obsahujících 35-65% niklu a vyvážený hliník. Prášky mají sférickou morfologii s hladkým povrchem a kontrolovanou distribucí velikosti částic.

Klíčové vlastnosti a aplikace práškového oxidu hlinitého:

Složení:

• Nikl: 35-65%
• Hliník: rovnováha

Vlastnosti:

• Vysoká pevnost a tvrdost při pokojových i zvýšených teplotách
• Nízká hustota (5,3 - 6,2 g/cc)
• Dobrá odolnost proti korozi
• Vynikající odolnost proti oxidaci až do ~1000 °C
• Dobrá tepelná vodivost a odolnost proti tepelným šokům
• Nízký koeficient tepelné roztažnosti

Aplikace:

• Prášková metalurgie - spékané součásti
• Tepelně stříkané povlaky
• Aditivní výroba

Formy výrobku: Plynem rozprašovaný sférický prášek

Velikost částic: 10 - 150 mikronů

standardy: ASTM B951, UNS N07041, další specifikace na zakázku

Typy práškového oxidu hlinitého niklu

Intermetalické sloučeniny hliníku a niklu existují v několika fázích s různým poměrem niklu a hliníku a různou krystalovou strukturou. Mezi běžné typy patří:

Typ	Složení	Krystalická struktura	Klíčové vlastnosti
NiAl (stechiometrický)	Nikl 50%, hliník 50%	B2 - Cubic	Nejvyšší pevnost a tažnost, dobrá odolnost proti oxidaci až do 1000 °C
Ni3Al (bohatý na nikl)	Nikl 75%, hliník 25%	L12 - Cubic	Vysoká tvrdost a křehkost, nižší odolnost proti oxidaci
NiAl3 (bohatý na hliník)	Nikl 25%, hliník 75%	DO22 - Orthorombický	Nejnižší pevnost a tvrdost, špatná odolnost proti oxidaci

Plynově atomizované předlegované prášky oxidu hlinitého niklu mají obvykle téměř stejný poměr Ni:Al, aby se v hotové součásti vytvořila fáze NiAl B2. Odchylky od složení 1:1 vytvářejí po spékání/konsolidaci smíšené mikrostruktury NiAl + Ni3Al nebo NiAl + NiAl3.

Výrobní proces

Prášky oxidu hlinitého niklu se vyrábějí atomizací indukčně roztavených Ni-Al ingotů obsahujících 35-65 hm% Ni v inertním plynu. Proces zahrnuje:

1. Tavení - Ni a Al se indukčně taví v inertní/vakuové atmosféře.
2. Atomizace - Vysokotlaký inertní plyn (N2, Ar) rozkládá proud taveniny na jemné kapičky.
3. Tuhnutí - Kapky rychle tuhnou na kulovité částice prášku.
4. Sběr - atomizovaný prášek shromážděný v komoře a klasifikovaný podle velikosti částic

Klíčové parametry procesu:

• Kontrola složení hlavní slitiny je kritická
• Indukční tavení v inertní atmosféře, aby se minimalizovalo zachycení kyslíku a dusíku.
• Tlak a průtok atomizačního plynu ovlivňuje distribuci velikosti částic
• Rychlá rychlost tuhnutí vytváří jemnozrnnou mikrostrukturu

Vlastnosti prášek oxidu hlinitého niklu

Prášky a konsolidované součásti oxidu nikelnatého vykazují řadu jedinečných vlastností, díky nimž jsou vhodné pro vysoce výkonné aplikace:

Vlastnictví	Prášek NiAl	Slinutý NiAl
Hustota (g/cc)	5.3 – 6.2	5.8 – 6.5
Bod tání (°C)	1638	1638
Pevnost (MPa)	200 – 350	500 – 1100
Tvrdost (HV)	300 – 500	500 – 800
Youngův modul (GPa)	180 – 220	160 – 200
Pevnost v tlaku (MPa)	500 – 1500	1000 – 2500
Koeficient tepelné roztažnosti (10-6/K)	11 – 13	11 – 14
Tepelná vodivost (W/m-K)	20 – 35	15 – 30
Elektrický odpor (μΩ-cm)	125 – 160	60 – 100
Odolnost proti oxidaci	Vynikající do 1000 °C	Vynikající do 1000 °C
Odolnost proti korozi	Velmi dobře	Velmi dobře

Díky vynikajícímu poměru pevnosti a hustoty a vysokým teplotám jsou tyto materiály atraktivní alternativou ke konvenčním superslitinám niklu a kobaltu pro použití v letectví, automobilovém průmyslu, vesmíru a energetice.

Použití práškového oxidu hlinitého niklu

Jedinečné schopnosti práškových oxidů hliníku niklu vedou k rozmanitým aplikacím v různých průmyslových odvětvích:

Prášková metalurgie

• Konstrukční prvky pro letecký a automobilový průmysl
• Turbínových lopatek, kotoučů, hřídelí, skříní
• Senzory pro extrémní prostředí

Tepelné nástřiky

• Ochranné nátěry lopatek turbín a lopatek
• Vložky spalovací komory
• Odolnost proti oxidaci/korozi při vysokých teplotách

Aditivní výroba

• Složité geometrie neproveditelné odléváním
• Zkrácení dodacích lhůt a nákladů oproti obrábění
• Součásti pro letecké motory a draky letadel

Další aplikace

• Spojovací pomůcky, náramky
• Elektronické obaly
• Katalyzátory

Některé výhody oproti konkurenčním materiálům:

Vs superslitiny	Vs titanové slitiny	Vs nerezové oceli
Vyšší poměr pevnosti a hmotnosti	Lepší pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tečení	Vynikající odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách
Vynikající odolnost proti oxidaci	Nižší hustota	Vyšší pevnost a tvrdost
Nižší náklady na komponenty	Vyšší limity provozní teploty	Vyšší pracovní teploty

Hliník niklu překonává tyto konvenční slitiny v nejnáročnějších prostředích v kritických technických aplikacích.

Specifikace práškového oxidu hlinitého niklu

Plynem atomizované prášky oxidu hlinitého niklu jsou k dispozici v různých standardních a zakázkových specifikacích přizpůsobených požadavkům konečného použití:

Složení

Slitina	Ni	Al	Ostatní prvky
NiAl	50%	50%	–
Ni-40Al	60%	40%	–
Ni-45Al	55%	45%	–
Ni-35Al-20Cr	35%	35%	20% Cr

Distribuce velikosti částic

Rozsah velikostí	Typická použití
<20 μm	aditivní výroba, tepelný nástřik
20-63 μm	vstřikování kovů, stříkání
63-150 μm	obecná prášková metalurgie

Standardy specifikace velikosti

• ASTM B214: Standardní klasifikační systém a analýza velikosti
• DIN 51902: Vzduchová analýza sítem
• ISO 13318-1: Laserová difrakční analýza velikosti částic

Chemické požadavky

• ASTM B951: Základní specifikace pro intermetalické prášky NiAl
• Další chemické požadavky specifické pro danou aplikaci

Specifikace stavu

• ASC PS7: Plynem rozprašované sférické prášky
• Další přizpůsobené podmínky, jako je rozprašování inertního plynu, vysoká čistota atd.

Dodavatelé a ceny práškového oxidu hlinitého niklu

Mezi přední světové dodavatele práškového oxidu hlinitého patří:

Výrobce	Názvy značek	Výrobní kapacita
Sandvik	Osprey®, Nypcor®	Střední
Tesařská technologie	CarTech®	Malé
Hoganas	Hoganas NiAl	Střední
Praxair	–	Malé
Atlantik vybavení inženýrů	Ferro-Term, Pulvimet	Malé

Stanovení cen

• Cena za kg se pohybuje od $50 do $300 v závislosti na slitině, velikosti prášku a kvalitě.
• Malé šarže do 50 kg jsou mnohem dražší (~2-5x) než volně ložené objemy.
• Snížené ceny pro dlouhodobé smlouvy o dodávkách
• Ekonomické ceny pro vývojové stupně nižší čistoty

Zakázková výroba

• Několik smluvních výrobců poskytuje služby atomizace na zakázku
• MOQ přibližně 500-1000 kg
• Dodací lhůty obvykle 12-16 týdnů

Průvodce nákupem

Klíčová hlediska při výběru dodavatele práškového oxidu hlinitého:

Technické faktory

• Složení slitiny vhodné pro aplikaci
• Tvar částic a rozdělení podle velikosti
• Chemická čistota a mikrostruktura
• Konzistence mezi jednotlivými pozemky
• Certifikace kvality

Komerční faktory

• Ceny za specifikace prášku
• Minimální objednací množství
• Doba realizace objednávek
• Dlouhodobé smlouvy o dodávkách
• Proces řízení změn

Schopnosti dodavatele

• Zkušenosti a pověst v oboru
• Technické znalosti a zákaznický servis
• Výrobní kapacita a škálovatelnost
• Služby přizpůsobení
• Řízení zásob a nárazníkové zásoby

Při získávání prášků oxidu hlinitého niklu pro kritické programy musí kupující vyhodnocovat jak kvalitu výrobku, tak obchodní faktory.

prášek oxidu hlinitého niklu Výhody vs. nevýhody

Výhody

• Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
• Vynikající vysokoteplotní vlastnosti
• Dobrá odolnost proti vlivům prostředí
• Vyrobitelnost v téměř síťovém tvaru
• Příznivá struktura nákladů

Nevýhody

• Nižší tažnost/houževnatost při pokojové teplotě
• Náchylnost ke křehnutí vlivem prostředí
• Komplexní tepelně-mechanické zpracování
• Kontrola stechiometrie náročná
• Omezený počet dodavatelů a vysoké MOQ

Pro aplikace při extrémních teplotách vyvažují schopnosti oxidu hlinitého niklu zvýšenou složitost zpracování a náklady.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaký je chemický vzorec oxidu hlinitého niklu?

Odpověď: Stochiometrická intermetalická sloučenina má chemický vzorec NiAl. Existují i další fáze bohaté na nikl a hliník se vzorci jako Ni3Al a NiAl3.

Otázka: Je oxid hlinitý niklu feromagnetický?

Odpověď: Ne, na rozdíl od čistého kovového niklu má hliník niklu ve své rovnovážné mikrostruktuře zanedbatelný feromagnetismus. Některé nerovnovážné fáze vzniklé během zpracování však mohou vykazovat dočasný feromagnetismus.

Otázka: Jaká je teplota tání oxidu hlinitého niklu?

A: 1638 °C je teplota tání rovnovážné fáze NiAl. Teplota tání se snižuje při odchylkách od tohoto složení bohatých na nikl a hliník.

Otázka: Jaká jsou běžná použití oxidu hlinitého?

A: Hlavní využití je v konstrukčních dílech práškové metalurgie, součástech aditivní výroby, tepelně stříkaných povlacích, katalyzátorech a elektronických obalech. Aplikace využívají vynikající mechanické vlastnosti a odolnost proti vlivům prostředí při vysokých teplotách až do 1000 °C.

Otázka: V jakých průmyslových odvětvích se používají slitiny hliníku niklu?

Odpověď: Letecký průmysl je největším odběratelem součástek pro letadla a raketové motory. Dalšími významnými průmyslovými odvětvími jsou výroba energie, automobilový a závodní průmysl, chemické zpracování a těžba ropy a zemního plynu.

Otázka: Jak se vyrábí práškový oxid hlinitý?

Odpověď: Plynová atomizace je konvenční proces, při kterém se proud roztavené slitiny NiAl rozkládá vysokotlakými proudy inertního plynu na jemné sférické částice prášku, které rychle tuhnou. V menším měřítku se používá také vodní atomizace.

Otázka: Proč se oxid hlinitý niklu nepoužívá ve větší míře?

O: Problémy spojené s vývojem komplexního termomechanického zpracování pro dosažení odpovídající tažnosti/houževnatosti a kontrolou přesné stechiometrie omezují širší využití v konstrukci. Náklady jsou také vyšší než u konkurenčních slitin.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi niklem a hlinitanem nikelnatým?

Odpověď: Čistý nikl je kov, zatímco hliník niklu je intermetalická sloučenina. Nikl je tvrdší, ale při vysokých teplotách slabší. Hliník niklu má vynikající pevnost při zvýšených teplotách, tvrdost a odolnost vůči vlivům prostředí.

Závěr

Díky atraktivnímu poměru mezi vysokou teplotou a hmotností umožňuje hliník niklu vyrábět lehčí a výkonnější součásti pro náročné aplikace v leteckém a automobilovém průmyslu, energetice a průmyslu.

Ačkoli je výroba nákladnější a náročnější než u tradičních slitin, pokračující výzkum a vývoj rozšiřuje provozní možnosti hliníku niklu a umožňuje inženýrům posouvat hranice v motorech, dracích letadel, pohonných jednotkách a procesech nové generace.

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs about Nickel Aluminide Powder (5)

1) Which nickel aluminide phase is most common for powders and why?

• NiAl (B2) near 50:50 Ni:Al is most common due to balanced oxidation resistance, creep strength, and better processability than Ni3Al or NiAl3. It also maintains a protective Al2O3 scale up to ~1000°C.

2) What powder characteristics matter most for additive manufacturing?

• High sphericity, narrow PSD (e.g., 15–45 μm for PBF-LB; 45–150 μm for DED), low interstitials (O/N/C), low satellite content, and consistent apparent/tap density. Cleanliness from EIGA or vacuum gas atomization helps minimize lack‑of‑fusion and hot cracking.

3) How does oxygen content affect performance?

• Elevated oxygen promotes oxide films and inclusions that reduce ductility and fatigue strength and increase porosity risk in AM or sintering. For critical parts, target O ≤ 500–1000 ppm with vacuum melting/atomization and inert handling.

4) Can Nickel Aluminide Powder be functionally graded with superalloys?

• Yes. DED/laser cladding can build graded transitions (e.g., IN718 → Ni-rich transition → NiAl top layer) to combine structural strength with surface oxidation resistance while reducing thermal mismatch stress.

5) What post‑processing routes improve properties?

• HIP to close pores, followed by tailored heat treatments to stabilize ordered phases; surface finishing (machining/grinding) and application of MCrAlY bond coats or TBCs for extended oxidation life.

2025 Industry Trends for Nickel Aluminide Powder

• Cleaner atomization: EIGA and vacuum gas atomization expand share to reduce O/N and improve AM yield for NiAl/Ni3Al components.
• AM scale-up: More lattice heat exchangers and hot‑section shrouds printed with NiAl skins or graded overlays for oxidation protection.
• Ductility engineering: Minor additions (B, Hf, Zr) and grain‑boundary control improve room‑temperature toughness and fatigue.
• Data‑driven QA: Lot genealogy with O/N/H, PSD, and shape analytics linked to print outcomes; increased adoption of ISO/ASTM 52907 on POs.
• Sustainability focus: Argon recovery and closed‑loop powder reclamation cut CO2e per kg powder; more supplier EPDs.

2025 snapshot: Nickel Aluminide Powder metrics

Metrický	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical oxygen in GA/EIGA NiAl (ppm)	800–1500	700–1200	500–1000	LECO O/N/H; cleaner atomization lines
PBF-LB achievable relative density (%)	98.0–99.0	98.3–99.2	98.5–99.4	Preheat + scan optimization
Cyclic oxidation mass gain at 1000°C, 100 h (mg/cm²)	0.8-1.2	0.7–1.0	0.6–0.9	Improved Al2O3 scale stability
Laser cladding dilution on steels (%)	8–12	7–11	6–10	Process tuning, multi-pass
Spherical NiAl price (USD/kg)	70–110	70–105	65–100	Volume buys, more suppliers
Plants with Ar recovery (%)	30-40	35–45	40-50	ESG/EPD reporting

References: ISO/ASTM 52907 (feedstock), ASTM B951 (Ni aluminide powders), ASTM E1019/E1409 (O/N/H), ISO 13320/ASTM B822 (PSD), ASM Handbook (Powder Metallurgy), peer‑reviewed oxidation/AM studies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Graded NiAl Overlay on IN718 via DED for Hot‑Section Life (2025)
Background: Energy OEM needed improved oxidation resistance on IN718 vanes operating near 980–1000°C.
Solution: Deposited functionally graded build (IN718 → Ni‑rich transition → NiAl cap) using EIGA NiAl powder; controlled interpass temperature and dilution (<8%); post‑HIP and aging.
Results: Cyclic oxidation mass gain reduced 35% vs bare IN718; TBC spallation life +28%; no interfacial cracking after 500 cycles; maintenance interval extended by ~1,000 h.

Case Study 2: Low‑Oxygen Ni3Al Powder for PBF‑LB Lattice Cores (2024)
Background: Aerospace R&D sought lightweight, oxidation‑resistant lattice heat exchangers with better RT ductility.
Solution: EIGA Ni3Al microalloyed with B+Zr (O ≈ 420 ppm), 350–450°C preheat, island scanning; stress relief + HIP.
Results: Relative density 99.2%; RT elongation 2.8% (up from 1.2% baseline); 900°C oxidation rate −18%; lattice crush strength +15% at 800°C.

Názory odborníků

• Prof. Tresa M. Pollock, UC Santa Barbara, Distinguished Professor
  Key viewpoint: “Grain‑boundary chemistry and powder cleanliness are decisive—minor B/Hf/Zr additions only pay off when interstitials are tightly controlled.”
• Dr. Matthias Markl, Head of AM Process & Simulation, Fraunhofer IAPT
  Key viewpoint: “Functionally graded transitions from Ni superalloys to NiAl are now practical with DED, mitigating thermal mismatch and cracking.”
• Dr. Amit Bandyopadhyay, Regents Professor, Washington State University
  Key viewpoint: “With preheat and scan strategy optimization, nickel aluminides can be additively manufactured with near‑full density and reliable properties.”

Citations: ASM Handbook; Fraunhofer IAPT technical communications; peer‑reviewed AM and oxidation literature; standards bodies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM B951 (Ni aluminide powders), ISO/ASTM 52907 (feedstock requirements), ASTM E1019/E1409 (O/N/H), ISO 13320/ASTM B822 (PSD), ASTM B212/B527 (apparent/tap density)
• Process guidance:
• AM parameter notes for intermetallics (preheat, scan strategies), DED dilution control, oxidation testing protocols (thermogravimetry, cyclic tests)
• Modeling and design:
• CALPHAD databases for Ni‑Al phase/oxidation prediction; topology/lattice design tools (nTopology, 3‑matic); build simulation for distortion
• Supplier selection checklist:
• Require CoA with PSD (D10/D50/D90), shape (DIA), O/N/C ppm, flow/tap density, lot genealogy; request EPDs and argon recovery details
• HSE:
• Powder handling SOPs for nickel compounds; combustible metal dust standards; vacuum furnace off‑gas management best practices

Notes on reliability and sourcing: Specify alloy (NiAl vs Ni3Al), microalloy additions, PSD windows, morphology, and interstitial limits on POs. Qualify each lot with coupons (density, microstructure, oxidation). Use inert, low‑humidity storage and track reuse cycles. For AM/DED, employ preheat and graded transitions to mitigate cracking and ensure stable properties.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 targeted FAQs, a 2025 trends/data table, two concise case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources tailored to Nickel Aluminide Powder for AM, DED, and coatings
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO standards update for intermetallic powders, major suppliers release new low‑interstitial NiAl/Ni3Al powders, or new oxidation/fatigue datasets alter recommended specs