Prášky na bázi niklu

Prášky na bázi niklu označují prášky vyrobené z niklu nebo slitin niklu, které se používají v různých aplikacích, jako je aditivní výroba, povrchová úprava, svařování a další. Tento článek obsahuje přehled prášků na bázi niklu, jejich složení a vlastnosti, aplikace, specifikace, ceny, srovnání a často kladené otázky.

Přehled z prášky na bázi niklu

Prášky na bázi niklu jsou kovové prášky složené převážně z niklu spolu s legujícími prvky, jako je chrom, molybden, wolfram a další. Klíčové vlastnosti, díky nimž jsou tyto prášky vhodné pro vysoce výkonné aplikace, jsou:

• Vysoká pevnost a tvrdost při zvýšených teplotách
• Vynikající odolnost proti korozi a oxidaci
• Dobrá odolnost proti opotřebení
• Vysoká tepelná a elektrická vodivost
• Nízký koeficient tepelné roztažnosti

Tyto prášky mohou být vyráběny procesy, jako je atomizace plynem nebo vodou, elektrolýza, rozklad karbonylu atd., a to v různých velikostech a morfologii. Běžně používané slitiny niklu jsou Inconel, Monel, Hastelloy, Nichrom atd.

prášky na bázi niklu Složení

Prášky na bázi niklu obsahují nikl jako hlavní prvek spolu s dalšími legujícími prvky. Typická složení jsou:

Slitina	Nikl (%)	Ostatní prvky
Nikl	99%+	–
Inconel	72% Ni, 14-17% Cr	Železo, niob, měď, hliník
Monel	63-70% Ni, 27-34% Cu	Železo, mangan, křemík, uhlík
Nichrom	80% Ni, 20% Cr	Žehlička
Hastelloy	42-62% Ni	Chrom, molybden, wolfram

Poměr niklu a slitin určuje klíčové vlastnosti, jako je pevnost, odolnost proti korozi, odolnost proti oxidaci atd.

prášky na bázi niklu Vlastnosti

Prášky ze slitin niklu mají ve srovnání s niklem výjimečné vlastnosti, díky nimž jsou vhodné do náročných podmínek:

Vlastnictví	Charakteristika
Pevnost při vysokých teplotách	Zachovávají si pevnost a odolávají deformaci tečením při teplotě vyšší než 1000 °C.
Odolnost proti korozi	Vytváří ochrannou vrstvu oxidu, odolnou vůči kyselinám, louhům atd.
Odolnost proti oxidaci	Pomalá rychlost oxidace na vzduchu až do ~1100 °C
Odolnost proti opotřebení	Odolávají erozi, oděru a zadírání lépe než ocel.
Tepelná vodivost	Vyšší než u nerezových ocelí, ~20 W/m.K u Inconelu 625.
Elektrický odpor	Řada slitin má vysoký odpor pro topná tělesa
Koeficient tepelné roztažnosti	Nízká CTE zajišťuje odolnost proti tepelným šokům

Typy prášků na bázi niklu

Niklové prášky jsou k dispozici v různých typech vhodných pro různé metody nanášení:

Typ	Běžné slitiny	Rozsah velikostí	** Morfologie**
Rozprašovaný plyn	Inconel 625, 718; Monel, Hastelloy	5 - 150 μm	Zaoblené, kulovité
Atomizovaná voda	Inconel 625, 718; 316L, 304L	10 - 300 μm	Nepravidelné, zubaté
Elektrolytické	Nikl, monel, nikrom	1 - 150 μm	Dendritické, krystalické
Karbonyl	Nikl	0,5 - 12 μm	Vločky, lupínky

• Plynové a vodní rozprašování umožňuje lepší hustotu a průtočnost balení.
• Elektrolytické mají vyšší obsah kyslíku, který způsobuje pórovitost.
• Karbonyl nikl v prášku má vysokou čistotu (>99% Ni)

prášky na bázi niklu Aplikace

Mezi hlavní oblasti použití práškových niklových slitin patří:

Průmysl	Aplikace
Aditivní výroba	Letecké a kosmické komponenty, lopatky turbín, raketové motory
Svařování	Opravy turbín, nástrojů, forem; spojování inkonelu, hasteloje
Povrchová úprava	Ochrana proti korozi, odolnost proti opotřebení, překryvné nátěry
Elektronika	Rezistory, topná tělesa, vodiče
Diamantové nástroje	Lepení diamantových zrn pro řezání, vrtání a broušení
Magnety	Zlepšení magnetických vlastností
Baterie	Niklové elektrody v Ni-Cd, Ni-MH bateriích

Jedinečné vlastnosti, jako je vysoká pevnost a odolnost proti korozi, umožňují použití niklových prášků v kritických aplikacích.

prášky na bázi niklu Specifikace

Prášky ze slitin niklu jsou k dispozici v různých velikostech a morfologiích a pro spolehlivý výkon musí splňovat specifikace složení, čistoty a konzistence.

Parametr	Rozsah/stupně
Velikost částic	5 μm až 300 μm
Tvar částic	Kulovité, nepravidelné, vločky
Zdánlivá hustota	2 - 5 g/cc
Hustota poklepání	4 - 7 g/cc
Průtoková rychlost	15 - 25 s/50 g
Čistota	98.5% až 99.9%
Obsah kyslíku	<0,5%
Ztráta vodíku	<0.1%

Standardizační organizace, jako je ASTM International, poskytují specifikace zkušebních metod a prahových hodnot pro niklové prášky:

• ASTM B162: B162: Norma pro niklový plech, plechy, pásy a válcované tyče
• ASTM B283: Práškový nikl a výrobky práškové metalurgie rozprašované plynem
• ISO 4499-4: Kovové prášky - Stanovení obsahu kyslíku a dusíku extrakcí za tepla

prášky na bázi niklu Dodavatelé a ceny

Mezi přední světové dodavatele niklu a práškových slitin niklu patří:

Společnost	Značky	Slitiny	Cenové rozpětí
Hoganas	Nicopowder®	Nikl, karbonylnikl	$50 - $100 za kg
Sandvik Osprey	Nifco®	Nikl, měď nikl, nikl železo	$75 - $250 za kg
Tesařská technologie	Cartech®	625, 718, 690, Monel, Hastelloy	$100 - $500 za kg
AMETEK	Ultrajemný nikl	Karbonyl nikl	$80 - $120 za kg

Ceny se liší podle:

• Třída slitiny: Inconel 718 > Inconel 625 > Nikl > Monel
• Velikost částic: Nano prášek > mikroprášek
• Úrovně čistoty: 99,9% niklu > 98% niklu
• Množstevní a množstevní slevy

Srovnání

Parametry	Rozprašovaný plyn	Atomizovaná voda	Elektrolytické
Náklady	Vysoký	Nízký	Střední
Čistota	Vysoká - 99%+	Střední - 98-99%	Nízká - 90-98%
Vyzvednutí kyslíku	Nízký	Vysoký	Vysoký
Tvar částice	Zaoblené	Jagged	Dendritické
Tekutost	Vynikající	Mírný	Špatný
Zdánlivá hustota	Vysoký	Střední	Nízký
Aplikace	AM, povlaky	Svařování, povrchové úpravy	Topná tělesa, elektronika

Klíčové rozdíly ve výrobním procesu vedou ke kompromisům v nákladech, kvalitě a výkonu.

Výhody z prášky na bázi niklu

Prášky ze slitin niklu mají oproti jiným materiálům jedinečné výhody:

• Odolávají vysokým teplotám přesahujícím 1000 °C
• odolnost proti korozi v kyselém nebo zásaditém prostředí
• Umožňují aditivní výrobu složitých geometrií
• Poskytují vynikající pevnost lepení diamantových nástrojů
• jsou biokompatibilní pro lékařské implantáty
• mají řízené expanzní vlastnosti
• Lze recyklovat a znovu použít v práškové metalurgii.

Omezení

Některé nevýhody spojené s těmito prášky jsou:

• Drahé ve srovnání s práškovým železem nebo mědí
• Citlivé na kontaminaci kyslíkem při manipulaci
• náchylnost k tvorbě povrchových trhlin při přehřátí
• Obtížně zpracovatelné zhutňováním za studena a spékáním
• Požadavek na řízenou atmosféru při tepelném stříkání
• Nižší elektrická a tepelná vodivost ve srovnání s mědí

Pro minimalizaci omezení je třeba používat správné metody manipulace s práškem, jeho skladování a zpracování.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jsou niklové prášky nebezpečné?

Odpověď: Dlouhodobé vdechování může způsobit senzibilizaci dýchacích cest. Při manipulaci je třeba používat vhodné osobní ochranné prostředky, jako jsou masky a rukavice.

Otázka: Jaká je trvanlivost niklových prášků?

Odpověď: Při skladování v inertní atmosféře v uzavřených nádobách může doba skladování přesáhnout 5 let. Absorpce kyslíku a vlhkosti časem zhoršuje kvalitu.

Otázka: Jaká velikost částic je nejlepší pro tepelné stříkání?

A: 20-45 μm nabízí lepší hustotu a pevnost spoje. Jemnější prášky mají nižší účinnost depozice.

Otázka: Jsou magnetické nebo nemagnetické?

Odpověď: Čistý nikl je mírně magnetický. Většina slitin niklu je nemagnetická s výjimkou nikromu a MuMetalu, které obsahují železo a nikl.

Otázka: Lze niklové slitiny tisknout 3D tiskem?

Odpověď: Ano, třídy Inconel a Hastelloy nabízejí vynikající vlastnosti, ale vyžadují optimalizované parametry pro laserové tavení/spalování.

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs about Nickel Based Powders (5)

1) How do I choose between Inconel, Hastelloy, and Monel nickel based powders for corrosion service?

• Inconel (e.g., 625/718) balances high-temperature strength and oxidation resistance. Hastelloy (e.g., C‑276, C‑22) excels in wet corrosion and chlorides/acid mixtures. Monel (Ni‑Cu) is strong in seawater and hydrofluoric media but lower high‑temp strength.

2) What powder attributes most affect AM part quality with nickel alloys?

• Narrow PSD (e.g., 15–45 μm for LPBF), high sphericity, low satellites, low interstitials (O/N/H), and stable flow/tap density. These drive spreadability, melt pool stability, porosity, and fatigue life.

3) Can water‑atomized nickel alloys be used for binder jetting?

• Yes, with conditioning: trim fines (<10 μm), reduce oxygen (hydrogen anneal if compatible), target bimodal PSD for packing, and apply optimized sinter/HIP. Expect different shrinkage than gas‑atomized feedstock.

4) What CoA data should be mandatory for critical nickel based powders?

• Full chemistry vs alloy spec; O/N/H (ASTM E1409/E1019); PSD D10/D50/D90 and span (ISO 13320/ASTM B822); flow (ASTM B213), apparent/tap density (ASTM B212/B527); shape metrics (dynamic image analysis); moisture/LOI; inclusion screening; lot genealogy.

5) How should nickel based powders be stored to minimize oxidation and caking?

• Keep sealed in inert gas (argon/nitrogen), RH <10%, 15–25°C. Avoid repeated thermal cycling, use ESD‑safe containers, and record reuse cycles with periodic O2 and PSD checks.

2025 Industry Trends for Nickel Based Powders

• Cleanliness focus: Expansion of EIGA/vacuum gas atomization to lower O/N/H for better AM fatigue performance, reducing HIP reliance in thin sections.
• Inline QA: Real‑time laser diffraction and dynamic image analysis at atomizers tighten PSD/shape control, improving sieve yield and consistency.
• Binder jet growth: Cost‑down routes using conditioned water‑atomized Inconel 625/718 powders with sinter+HIP achieving >99% density.
• Sustainability: Argon recovery, closed‑loop water, and Environmental Product Declarations (EPDs) gain traction in procurement.
• Regional capacity: New lines in NA/EU/India shorten lead times for Inconel 625/718, Hastelloy C‑276, and Ni‑Cu powders.

2025 snapshot: nickel based powders metrics

Metrický	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical O content, GA Ni alloys (wt%)	0.030–0.060	0.025–0.050	0.020–0.045	Supplier LECO trends
LPBF as‑built density, 625/718 (%)	99.5–99.7	99.6–99.8	99.6–99.85	Optimized parameter sets
CoAs with DIA shape metrics (%)	45–60	55–70	65–80	OEM qualification updates
Argon recovery at atomizers (%)	25–35	35–45	45–55	ESG/EPD programs
Standard GA lead time (weeks)	6–9	5-8	4–7	Capacity additions
Price range GA 625/718 (USD/kg)	70–150	65–140	65–135	PSD/region dependent

References: ISO/ASTM 52907; ASTM B822/B213/B212/B527; ASTM E1019/E1409; ASM Handbook; standards bodies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Closed‑Loop Atomization Control for Inconel 625 (2025)
Background: Variability in PSD tails caused recoater streaks and lack‑of‑fusion in LPBF builds.
Solution: Implemented at‑line laser diffraction + dynamic image analysis with automated adjustments to gas pressure and melt flow; added fines bleed logic.
Results: PSD span −20%; >63 μm tail −52%; LPBF relative density improved from 99.4% to 99.75%; sieve yield +5%; scrap −18%.

Case Study 2: Binder Jetting Hastelloy C‑276 with Conditioned WA Powder (2024)
Background: Chemical processing OEM needed corrosion‑resistant manifolds at lower cost.
Solution: Water‑atomized C‑276 conditioned via fines trimming and H2 anneal (O: 0.11% → 0.07%); bimodal PSD packing; sinter profile + HIP 1160°C/150 MPa/3 h.
Results: Final density 99.3–99.6%; dimensional 3σ −33%; ASTM G28 corrosion met target; part cost −10–12% vs GA powder baseline.

Názory odborníků

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
  Key viewpoint: “Powder spreadability and interstitial control dominate AM outcomes—pair PSD with shape analytics for stable nickel based powder performance.”
• Dr. Ellen Meeks, VP Process Engineering, Desktop Metal
  Key viewpoint: “Binder jet success with nickel alloys hinges on fines discipline and furnace control; small shifts in <10 μm content drive shrink and density.”
• Marco Cusin, Head of Additive Manufacturing, GKN Powder Metallurgy
  Key viewpoint: “CoAs must evolve—shape metrics, O/N/H, and reuse guidance should be standard for reproducibility across platforms and sites.”

Citations: ASM Handbook; ISO/ASTM feedstock standards; OEM conference papers (TMS, MRL); standards links: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ISO/ASTM 52907 (metal powder feedstock), ASTM B822 (PSD), ASTM B213 (Hall flow), ASTM B212/B527 (apparent/tap density), ASTM E1019/E1409 (O/N/H)
• Measurement and monitoring:
• Dynamic image analysis for sphericity/aspect; laser diffraction per ISO 13320; CT per ASTM E1441 for AM coupons; LECO for interstitials
• Process control kits:
• Atomizer setup guides (nozzle, gas ratios), sieving/conditioning SOPs, powder reuse tracking templates (O2/fines/flow), furnace dew‑point monitoring for sinter/coating
• Design and simulation:
• DFAM libraries for Ni alloys (lattices, support strategies); heat treatment and HIP calculators; coating parameter databases for HVOF/APS
• Udržitelnost:
• ISO 14001 frameworks; EPD templates; best practices for argon recovery and closed‑loop water systems in atomization

Notes on reliability and sourcing: Specify alloy grade/standard, PSD window (D10/D50/D90, span), shape metrics, and O/N/H limits on purchase orders. Qualify each lot via coupons (density, CT, mechanicals) and document storage/reuse under inert, low‑humidity conditions. For binder jetting or coatings, also define sinter/atmosphere or spray parameter windows to achieve target properties.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 targeted FAQs, a 2025 trend metrics table, two recent nickel alloy case studies, expert viewpoints, and practical tools/resources aligned to Nickel Based Powders
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ISO/ASTM feedstock/QA standards change, major OEMs revise CoA requirements, or new atomization/conditioning technologies impact PSD/shape control and cleanliness benchmarks