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:

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:

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:

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

Distribuciones granulométricas

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:

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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