Aluminuro de níquel en polvo

Descripción general del polvo de aluminuro de níquel

Polvo de aluminuro de níquel es un compuesto intermetálico formado por átomos de níquel (Ni) y aluminio (Al) en una proporción aproximada de 1:1. Se caracteriza por su gran resistencia y dureza, excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas, baja densidad y buena resistencia al desgaste.

Los polvos de aluminuro de níquel se producen por atomización con gas o agua de lingotes prealeados que contienen níquel 35-65% y aluminio equilibrado. Los polvos tienen una morfología esférica con una superficie lisa y una distribución controlada del tamaño de las partículas.

Principales propiedades y aplicaciones del polvo de aluminuro de níquel:

Composición:

• Níquel: 35-65%
• Aluminio: Equilibrio

Propiedades:

• Alta resistencia y dureza a temperatura ambiente y elevada
• Baja densidad (5,3 - 6,2 g/cc)
• Buena resistencia a la corrosión
• Excelente resistencia a la oxidación hasta ~1000°C
• Buena conductividad térmica y resistencia al choque térmico
• Bajo coeficiente de dilatación térmica

Aplicaciones:

• Pulvimetalurgia - componentes sinterizados
• Recubrimientos por pulverización térmica
• Fabricación aditiva

Formas del producto: Polvo esférico atomizado con gas

Tamaño de las partículas: 10 - 150 micras

Normas: ASTM B951, UNS N07041, otras especificaciones personalizadas

Tipos de polvo de aluminuro de níquel

Los compuestos intermetálicos de aluminuro de níquel existen en varias fases con diferentes proporciones de níquel-aluminio y estructuras cristalinas. Los tipos más comunes son:

Tipo	Composición	Estructura cristalina	Propiedades clave
NiAl (estequiométrico)	Níquel 50%, Aluminio 50%	B2 - Cúbico	Máxima resistencia y ductilidad, buena resistencia a la oxidación hasta 1000°C
Ni3Al (rico en níquel)	Níquel 75%, Aluminio 25%	L12 - Cúbico	Gran dureza y fragilidad, menor resistencia a la oxidación
NiAl3 (rico en aluminio)	Níquel 25%, Aluminio 75%	DO22 - Ortorrómbica	Resistencia y dureza mínimas, escasa resistencia a la oxidación

Los polvos de aluminuro de níquel prealeados atomizados con gas suelen tener una relación Ni:Al casi igual para formar la fase NiAl B2 en el componente acabado. Las desviaciones de la composición 1:1 producen microestructuras mixtas NiAl + Ni3Al o NiAl + NiAl3 tras la sinterización/consolidación.

Proceso de producción

Los polvos de aluminuro de níquel se fabrican por atomización con gas inerte de lingotes de Ni-Al fundidos por inducción que contienen 35-65 wt% Ni. El proceso implica:

1. Fusión - El Ni y el Al se funden por inducción en atmósfera inerte/de vacío
2. Atomización - El gas inerte a alta presión (N2, Ar) desintegra la corriente fundida en finas gotitas.
3. Solidificación - Las gotas se solidifican rápidamente en partículas de polvo esféricas
4. Recogida - Polvo atomizado recogido en cámara y clasificado por tamaño de partícula

Parámetros clave del proceso:

• El control de la composición de la aleación maestra es crítico
• Fusión por inducción en atmósfera inerte para minimizar la captación de oxígeno/nitrógeno
• La presión y el caudal del gas de atomización afectan a la distribución del tamaño de las partículas
• La rápida velocidad de solidificación produce una microestructura de grano fino

Propiedades de polvo de aluminuro de níquel

Los polvos y componentes consolidados de aluminuro de níquel presentan una serie de propiedades únicas que los hacen adecuados para aplicaciones de alto rendimiento:

Propiedad	Polvo de NiAl	NiAl sinterizado
Densidad (g/cc)	5.3 – 6.2	5.8 – 6.5
Punto de fusión (°C)	1638	1638
Resistencia (MPa)	200 – 350	500 – 1100
Dureza (HV)	300 – 500	500 – 800
Módulo de Young (GPa)	180 – 220	160 – 200
Resistencia a la compresión (MPa)	500 – 1500	1000 – 2500
Coeficiente de dilatación térmica (10-6/K)	11 – 13	11 – 14
Conductividad térmica (W/m-K)	20 – 35	15 – 30
Resistividad eléctrica (μΩ-cm)	125 – 160	60 – 100
Resistencia a la oxidación	Excelente hasta 1000°C	Excelente hasta 1000°C
Resistencia a la corrosión	Muy buena	Muy buena

Su excelente relación resistencia/densidad y su capacidad a altas temperaturas hacen de estos materiales alternativas atractivas a las superaleaciones convencionales de níquel y cobalto para aplicaciones aeronáuticas, automovilísticas, espaciales y energéticas.

Aplicaciones del polvo de aluminuro de níquel

Las capacidades únicas de los polvos de aluminuro de níquel dan lugar a una diversa gama de aplicaciones en todas las industrias:

Pulvimetalurgia

• Componentes estructurales para la industria aeroespacial y del automóvil
• Álabes, discos, ejes y carcasas de turbinas
• Sensores para entornos extremos

Revestimientos por pulverización térmica

• Revestimientos protectores para álabes y paletas de turbinas
• Camisas de cámara de combustión
• Resistencia a la oxidación/corrosión a altas temperaturas

Fabricación aditiva

• Geometrías complejas no realizables por fundición
• Reducción de plazos y costes frente al mecanizado
• Componentes para motores aeroespaciales y fuselajes

Otras aplicaciones

• Elementos de unión, bronces
• Envases electrónicos
• catalizadores

Algunas ventajas sobre los materiales de la competencia:

Vs Superaleaciones	Vs Aleaciones de titanio	Aceros inoxidables
Mayor relación resistencia-peso	Mayor resistencia a altas temperaturas y a la fluencia	Resistencia superior a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas
Excelente resistencia a la oxidación	Menor densidad	Mayor resistencia y dureza
Menor coste de los componentes	Límites de temperatura de servicio más elevados	Temperaturas de trabajo más elevadas

El aluminuro de níquel supera a estas aleaciones convencionales en los entornos más duros y en aplicaciones críticas de ingeniería.

Especificaciones del polvo de aluminuro de níquel

Los polvos de aluminuro de níquel atomizados con gas están disponibles en varias especificaciones estándar y personalizadas adaptadas a los requisitos de uso final:

Composiciones

Aleación	Ni	Al	Otros elementos
nial	50%	50%	–
Ni-40Al	60%	40%	–
Ni-45Al	55%	45%	–
Ni-35Al-20Cr	35%	35%	20% Cr

Distribuciones granulométricas

Tamaños	Usos típicos
<20 μm	fabricación aditiva, proyección térmica
20-63 μm	moldeo por inyección de metal, pulverización
63-150 μm	pulvimetalurgia general

Normas de especificación de tamaño

• ASTM B214: Sistema normalizado de clasificación y análisis de tamaños
• DIN 51902: Análisis tamizado por chorro de aire
• ISO 13318-1: Análisis granulométrico por difracción láser

Requisitos químicos

• ASTM B951: Especificación básica para polvos intermetálicos NiAl.
• Otros requisitos químicos específicos de la aplicación

Especificaciones de estado

• ASC PS7: Polvos esféricos atomizados con gas
• Otras condiciones personalizadas como gas inerte atomizado, alta pureza, etc.

Proveedores y precios del polvo de aluminuro de níquel

Algunos de los principales proveedores mundiales de polvos de aluminuro de níquel son:

Fabricante	Marcas	Capacidad de producción
Sandvik	Osprey®, Nypcor	Medio
Tecnología Carpenter	CarTech	Pequeño
Hoganas	Hoganas NiAl	Medio
Praxair	–	Pequeño
Atlantic Equipment Engineers	Ferro-Term, Pulvimet	Pequeño

Precios

• El coste por kg varía entre $50 y $300 en función de la aleación, el tamaño del polvo y la calidad.
• Los lotes pequeños de menos de 50 kg son mucho más caros (~2-5 veces) que los volúmenes a granel
• Precios reducidos para los contratos de suministro a largo plazo
• Precios económicos para los grados de desarrollo de menor pureza

Fabricación a medida

• Varios fabricantes contratados ofrecen servicios de atomización a medida
• MOQ alrededor de 500-1000 kg
• El plazo de entrega suele ser de 12-16 semanas

Guía de compra

Consideraciones clave a la hora de seleccionar un proveedor de polvo de aluminuro de níquel:

Factores técnicos

• Composición de la aleación adecuada para la aplicación
• Forma y distribución del tamaño de las partículas
• Pureza química y microestructura
• Coherencia entre lotes
• Certificaciones de calidad

Factores comerciales

• Precios de las especificaciones de polvo
• Cantidad mínima de pedido
• Plazo de entrega de los pedidos
• Acuerdos de suministro a largo plazo
• Proceso de control de cambios

Capacidades del proveedor

• Experiencia y reputación en el sector
• Experiencia técnica y servicio al cliente
• Capacidad de producción y escalabilidad
• Servicios de personalización
• Gestión de inventarios y existencias reguladoras

Los compradores deben evaluar tanto la calidad del producto como los factores comerciales a la hora de abastecerse de polvos de aluminuro de níquel para programas críticos.

polvo de aluminuro de níquel Pros y contras

Ventajas

• Elevada relación resistencia/peso
• Excelentes propiedades a altas temperaturas
• Buena resistencia medioambiental
• Fabricación en forma casi neta
• Estructura de costes favorable

Desventajas

• Ductilidad/resistencia a temperatura ambiente inferiores
• Susceptibilidad a la fragilización ambiental
• Tratamiento termomecánico complejo
• El control de la estequiometría, un reto
• Proveedores limitados y MOQ elevados

En las aplicaciones de temperaturas extremas, las capacidades del aluminuro de níquel compensan la mayor complejidad y gasto del procesamiento.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la fórmula química del aluminuro de níquel?

R: El compuesto intermetálico estoquiométrico tiene una fórmula química NiAl. Existen otras fases ricas en níquel y aluminio con fórmulas como Ni3Al y NiAl3.

P: ¿Es ferromagnético el aluminuro de níquel?

R: No, a diferencia del níquel metálico puro, el aluminuro de níquel tiene un ferromagnetismo insignificante en su microestructura de equilibrio. Sin embargo, ciertas fases de no-equilibrio formadas durante el procesado pueden mostrar ferromagnetismo temporal.

P: ¿Cuál es el punto de fusión del aluminuro de níquel?

R: 1638°C es la temperatura de fusión de la fase NiAl de equilibrio. El punto de fusión se reduce para desviaciones ricas en níquel y ricas en aluminio de esta composición.

P: ¿Cuáles son los usos habituales del aluminuro de níquel?

R: Se utiliza principalmente en piezas estructurales pulvimetalúrgicas, componentes de fabricación aditiva, recubrimientos por pulverización térmica, catalizadores y envases electrónicos. Las aplicaciones aprovechan las excelentes propiedades mecánicas y la resistencia medioambiental a altas temperaturas de hasta 1000 °C.

P: ¿Qué industrias utilizan aleaciones de aluminuro de níquel?

R: El sector aeroespacial es el mayor consumidor de componentes para motores de aviones y cohetes. Otras industrias importantes son las de generación de energía, automoción/carreras, procesamiento químico y petróleo y gas.

P: ¿Cómo se fabrica el polvo de aluminuro de níquel?

R: La atomización con gas es el proceso convencional en el que la corriente de aleación NiAl fundida se desintegra mediante chorros de gas inerte a alta presión en finas partículas esféricas de polvo que se solidifican rápidamente. La atomización con agua también se utiliza a menor escala.

P: ¿Por qué no se utiliza más el aluminuro de níquel?

R: Las dificultades que plantea el desarrollo de procesos termomecánicos complejos para conseguir la ductilidad y dureza adecuadas y el control de la estequiometría precisa han limitado una adopción estructural más generalizada. Además, los costes son superiores a los de las aleaciones competidoras.

P: ¿Cuál es la diferencia entre el níquel y el aluminuro de níquel?

R: El níquel puro es un metal, mientras que el aluminuro de níquel es un compuesto intermetálico. El níquel es más resistente pero más débil a altas temperaturas. El aluminuro de níquel tiene una excelente resistencia a temperaturas elevadas, dureza y resistencia medioambiental.

Conclusión

Gracias a su atractiva relación capacidad/peso a altas temperaturas, el aluminuro de níquel permite fabricar componentes más ligeros y de mayor rendimiento en aplicaciones exigentes de los sectores aeroespacial, automovilístico, energético e industrial.

Aunque su fabricación es más costosa y difícil que la de las aleaciones tradicionales, la investigación y el desarrollo continuos están ampliando las posibilidades operativas del aluminuro de níquel, lo que permite a los ingenieros superar los límites de la próxima generación de motores, fuselajes, plantas motrices y procesos.

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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

Métrica	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.

Opiniones de expertos

• 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