ニッケル系パウダー

ニッケルベースの粉末 ニッケル粉末とは、積層造形、表面コーティング、溶接など、様々な用途に使用されるニッケルまたはニッケル合金から作られた粉末を指します。この記事では、ニッケルベースの粉末の概要、組成と特性、用途、仕様、価格、比較、よくある質問について説明します。

概要 の ニッケル系粉末

ニッケル系粉末は、ニッケルを主成分とし、クロム、モリブデン、タングステンなどの合金元素からなる金属粉末です。これらの粉末を高性能用途に適している主な特性は以下の通りです：

• 高温での高い強度と硬度
• 優れた耐食性と耐酸化性
• 優れた耐摩耗性
• 高い熱伝導性と電気伝導性
• 低熱膨張係数

これらの粉末は、ガスや水の噴霧化、電気分解、カルボニル分解などのプロセスを通じて、様々なサイズや形態で製造することができる。一般的に使用されるニッケル合金は、インコネル、モネル、ハステロイ、ニクロムなどです。

ニッケル系粉末 構成

ニッケルベースの粉末 はニッケルを主成分とし、他の合金元素を含む。代表的な組成は以下の通り：

合金	ニッケル（%）	その他の要素
ニッケル	99%+	–
インコネル	72% Ni, 14-17% Cr	鉄、ニオブ、銅、アルミニウム
モネル	63-70% Ni, 27-34% Cu	鉄、マンガン、ケイ素、炭素
ニクロム	80% Ni, 20% Cr	鉄
ハステロイ	42-62% Ni	クロム、モリブデン、タングステン

ニッケルと合金の比率は、強度、耐食性、耐酸化性などの主要な特性を決定する。

ニッケル系粉末 プロパティ

ニッケル合金粉末は、ニッケルよりも優れた特性を持ち、過酷な環境に適しています：

プロパティ	特徴
高温強度	強度を保持し、1000℃以上でのクリープ変形に耐える
耐食性	保護酸化膜を形成し、酸、アルカリなどに耐性を持つ。
耐酸化性	1100℃までの空気中では酸化速度が遅い。
耐摩耗性	耐浸食性、耐摩耗性、耐カジリ性がスチールより優れている。
熱伝導率	ステンレス鋼より高く、インコネル625では～20 W/m.K
電気抵抗率	発熱体の抵抗率が高い合金の範囲
熱膨張係数	低熱膨張率による耐熱衝撃性

種類 ニッケル系粉末の

ニッケル粉末には、さまざまな蒸着法に適した種類がある：

タイプ	一般合金	サイズ範囲	** 形態学
ガスアトマイズド	インコネル625、718; モネル、ハステロイ	5 - 150 μm	丸みを帯びた球形
水アトマイズド	インコネル625、718、316L、304L	10 - 300 μm	ギザギザ、不規則
電解	ニッケル、モネル、ニクロム	1～150μm	樹状、結晶性
カルボニル	ニッケル	0.5 - 12 μm	フレーク、チップス

• ガスと水の霧化により、充填密度と流動性が向上
• 電解は酸素含有量が高く、空隙を生じさせる。
• カルボニルニッケル粉末は高純度(>99% Ni)

ニッケル系粉末 アプリケーション

ニッケル合金粉末の主な用途は以下の通り：

産業	アプリケーション
アディティブ・マニュファクチャリング	航空宇宙部品、タービンブレード、ロケットエンジン
溶接	タービン、工具、金型の修理、インコネル、ハステロイの接合
表面コーティング	腐食保護、耐摩耗性、オーバーレイコーティング
エレクトロニクス	抵抗器、発熱体、導体
ダイヤモンド工具	切断、穴あけ、研削用ボンディング・ダイヤモンド砥粒
マグネット	磁気特性の改善
バッテリー	Ni-Cd、Ni-MH電池のニッケル電極

高強度や耐食性といった独自の特性により、ニッケル粉末は重要な用途を可能にする。

ニッケル系粉末 仕様

ニッケル合金粉末は様々なサイズ、形態があり、信頼できる性能を発揮するためには、組成、純度、一貫性の仕様を満たす必要があります。

パラメータ	レンジ／グレード
粒子径	5 μm～300 μm
粒子形状	球状、不規則、フレーク
見かけ密度	2 - 5 g/cc
タップ密度	4 - 7 g/cc
流量	15～25秒/50g
純度	98.5%～99.9%
酸素含有量	<0.5%
水素ロス	<0.1%

ASTM Internationalのような標準化団体は、ニッケル粉の試験方法と閾値に関する仕様を提供しています：

• ASTM B162：ニッケル板、板、帯、圧延棒の規格
• ASTM B283：ガスアトマイズニッケル粉末および粉末冶金製品
• ISO 4499-4：金属粉 - 熱間抽出による酸素及び窒素含有量の測定

ニッケル系粉末 サプライヤーと価格

ニッケルおよびニッケル合金粉末の世界的な主要サプライヤーには、以下のようなものがある：

会社概要	ブランド	合金	価格帯
ホーガナス	ニコパウダー	ニッケル、カルボニルニッケル	$50〜$100/kg
サンドビック・オスプレイ	ニフコ	ニッケル、銅ニッケル、ニッケル鉄	1kgあたり$75～$250
カーペンター・テクノロジー	カーテック	625、718、690、モネル、ハステロイ	$100〜$500/kg
アメテック	超微粒子ニッケル	カルボニルニッケル	1kgあたり$80～$120

料金設定は以下の通り：

• 合金グレード：インコネル718 > インコネル625 > ニッケル > モネル
• 粒子径ナノパウダー > マイクロパウダー
• 純度レベル：99.9%ニッケル > 98%ニッケル
• 数量およびバルク割引

比較

パラメータ	ガスアトマイズド	水アトマイズド	電解
コスト	高い	低い	ミディアム
純度	高 - 99%+	ミディアム - 98-99%	ロー - 90-98%
酸素ピックアップ	低い	高い	高い
粒子形状	丸みを帯びた	ギザギザ	樹状突起
流動性	素晴らしい	中程度	貧しい
見かけ密度	高い	ミディアム	低い
アプリケーション	AM、コーティング	溶接、表面コーティング	発熱体、電子機器

生産工程における主な違いは、コスト、品質、性能のトレードオフにつながる。

メリット の ニッケル系粉末

ニッケル合金粉末は、他の材料と比較してユニークな利点を提供します：

• 1000℃を超える高温に耐える
• 酸性またはアルカリ性環境での耐腐食性
• 複雑な形状の積層造形が可能
• ダイヤモンド工具に優れた接着強度を提供
• 医療用インプラントに生体適合性がある
• 制御された膨張特性を持つ
• 粉末冶金でリサイクルして再利用できる

制限事項

これらのパウダーに関連する欠点はいくつかある：

• 鉄粉や銅粉に比べて高価
• 取り扱い中の酸素汚染に敏感
• 過熱すると表面に亀裂が生じやすい。
• 冷間成形や焼結による加工が難しい
• 溶射中に制御された雰囲気が必要
• 銅に比べて低い電気伝導率と熱伝導率

制限を最小限にするために、適切な粉末の取り扱い、保管、処理方法を用いなければならない。

よくあるご質問

Q: ニッケルパウダーは危険ですか？

A: 長期間の吸入により呼吸器感作を引き起こす可能性がある。取り扱い時にはマスクや手袋などの適切なPPEを着用すること。

Q: ニッケルパウダーの保存可能期間はどのくらいですか？

A: 密封容器に入れ、不活性雰囲気下で保存すれば、賞味期限は5年を超えます。酸素や水分の吸収は、時間の経過とともに品質を劣化させます。

Q: 溶射に最適な粒子径は？

A: 20-45μmの方が密度と接着強度が高い。より微細な粉末は蒸着効率が低下します。

Q: これは磁気を帯びているのですか、それとも非磁気ですか？

A: 純ニッケルはわずかに磁性があります。鉄とニッケルを含むニクロムとミューメタルを除けば、ほとんどのニッケル合金は非磁性です。

Q: ニッケル合金は3Dプリントできますか？

A: はい、インコネルとハステロイのグレードは優れた特性を提供しますが、レーザー溶融/焼結に最適化されたパラメータが必要です。

より多くの3Dプリントプロセスを知る

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

メートル	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.

専門家の意見

• 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
• 持続可能性：
• 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