ニッケル合金 52 粉末
ニッケル合金52粉末は、Nicrofer 5220hまたは2.4631粉末としても知られ、積層造形や金属3Dプリンティング用途に使用されるニッケルクロム合金粉末です。この合金は、高強度特性と高温での卓越した耐食性と耐酸化性によって際立っています。
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目次
ニッケル合金52粉末は、Nicrofer 5220hまたは2.4631粉末としても知られ、積層造形や金属3Dプリンティング用途に使用されるニッケルクロム合金粉末です。この合金は、高強度特性と高温での卓越した耐食性と耐酸化性によって際立っています。
ニッケル合金52粉末の概要
ニッケル合金 52 粉末には、以下の主な特徴がある:
- 組成ニッケル、クロム、鉄、モリブデン
- 高温強度と耐クリープ性
- 優れた耐食性と耐酸化性
- 積層造形、3Dプリンティングに使用
- 航空宇宙、発電、化学処理への応用
表1:ニッケル合金52粉末の特性
プロパティ | 詳細 |
---|---|
構成 | Ni:バランス、Cr:22%、Fe:22%、Mo:3% |
密度 | 8.3 g/cm3 |
融点 | 1390°C |
極限引張強さ | 850-1000MPa |
降伏強度(20) | 450 MPa |
伸び | 30-35% |
熱伝導率 | 11 W/m-K |
熱膨張係数 | 16 x 10-6/K |
耐食性 | 1100℃までの酸化性、還元性環境に最適 |
耐酸化性 | 1100℃までの空気中での優れた耐等熱酸化性 |
表2:ニッケル合金52の粉末サイズ
パウダーサイズ | レンジ | 粒子形状 |
---|---|---|
ファイン・グレード | 15-45 μm | 球状 |
粗目 | 45-150 μm | 球状 |
表 3: ニッケル合金 52 粉末価格
パウダーグレード | 価格 |
---|---|
ファイングレード(45μm未満) | $100/キロ |
粗目グレード(45~150μm) | $90/キロ |
ニッケル合金52粉末の組成
ニッケル合金52は、ニッケルを主成分とし、クロ ム、鉄、モリブデンを少量含んでいる。
ニッケル は、他の合金元素の後に組成のバランスを構成する主要元素である。ニッケルは、耐食性、延性、高温機械的特性を付与する。
クロム(Cr) は、ニッケル合金52粉末の22%を構成しています。クロムの添加は、耐酸化性と耐食性を著しく向上させる。また、固溶強化ももたらします。
鉄(Fe) を22%まで添加し、延性や加工性を損なうことなく固溶体強化により高温強度を向上させている。
モリブデン (Mo) は合金組成の3%を構成する。モリブデンは、合金の高温強度、耐クリープ性および安定性をさらに向上させる。
この最適化された化学組成により、ニッケル合金52粉末は、高温強度、耐クリープ性、溶接性、耐腐食性/耐酸化性という卓越した組み合わせを示すことができる。
特性と特徴
ニッケル合金52は、以下に要約するように、優れた高温耐食性および耐酸化性と相まって、その印象的な機械的特性によって際立っています:
強度が高い: ニッケル合金 52 粉末は、以下の特性を達成することができる。 1000MPaを超える極限引張強さ そして 室温での降伏強度は450MPa以上.つまり、印刷部品は高い機械的負荷に耐えられる非常に高い強度を持つ。
延性が良い: 高強度にもかかわらず、ニッケル合金52は、30-35%の適切な伸びを保持しており、ある程度の柔軟性と破壊に対する抵抗力を可能にしています。
優れた耐クリープ性: この合金は、固溶強化と析出物の形成により、850℃までの優れたクリープ破断強度を持つ。このため、長期間の持続的な負荷による変形に対する耐久性があります。
熱疲労やサイクルに強い: ニッケル合金52粉末は、急速な加熱と冷却のサイクルにも耐えることができ、亀裂や早期破壊を起こしません。これは、温度が変動する部品にとって非常に重要です。
耐食性: クロムとモリブデンの含有量が高いため、酸化性、中性、還元性の環境において、1000℃を超える温度まで、孔食やすきま腐食に対する優れた耐性を発揮する。
耐酸化性: 非常に密着性の高いクロムリッチな酸化皮膜が、1100℃までの大気環境における酸化ダメージから素材を保護します。広範囲な使用後でも離脱酸化に抵抗します。
全体として、強度、延性、耐クリープ性、および極端な温度での耐腐食性/耐酸化性の組み合わせにより、ニッケル合金52は、金属AMおよび粉末床融合3Dプリンティング用の汎用性の高い高性能材料となっている。
ニッケル合金52粉末の用途
ニッケル合金52は、極端な温度と腐食に耐える能力が部品の寿命と安全性に影響する、航空宇宙、発電、化学処理、その他の過酷な環境産業の重要な用途に使用されています。
表4:様々な分野におけるニッケル合金52粉末の用途
セクター | コンポーネント | 需要ドライバー |
---|---|---|
航空宇宙 | タービンブレード、ベーン、ロケットノズル、燃焼ライナー | 推進システムの高温強度 |
発電 | 熱交換器、ファスナー | 化石燃料プラントの耐食性 |
化学・石油化学 | バルブ、リアクター、熱交換器 | 過熱蒸気を使用するプロセスの耐酸化性 |
マリン | 排気部品 | 海洋環境における耐食性 |
具体的な用途としては、以下のようなものがある:
- ブレード、ノズル、ハウジング、ケーシングなどの航空宇宙エンジン部品
- 産業用ガスタービン高温部部品
- ロケットエンジンのノズル
- 化学精製および海上プラットフォーム用熱交換器チューブ
- 腐食性化学薬品用バルブおよび処理装置
- 舶用エンジンの排気部品とターボチャージャー
従来の製造では不可能であった、複雑でカスタマイズ可能な形状を3Dプリントできるようになったことで、ニッケル合金52の潜在的な用途はさらに広がりました。
ニッケル合金52粉末を用いた金属3Dプリンティング
ニッケル合金52粉末は主に、選択的レーザー溶融(SLM)や直接金属レーザー焼結(DMLS)を含む粉末床溶融(PBF)ベースの金属積層造形プロセスの原料材料として使用されます。
一般的な3Dプリントの工程には、以下のようなものがある:
- ニッケル合金 52 粉末をビルドプラットフォームに均一に塗布する。
- レーザーを用いて粉末を選択的に溶融し、断面を固化させる
- プラットフォームを下げ、新しいパウダー層を広げる
- 部品が完成するまでレイヤーごとに繰り返す
表5:ニッケル合金52粉末の代表的な3Dプリンティングパラメータ
パラメータ | 詳細 |
---|---|
層厚 | 20-50 μm |
レーザー出力 | 最大500W |
スキャン速度 | 750-3500 mm/s |
ハッチの間隔 | 80-200 μm |
不活性ガス | アルゴンまたは窒素 |
ニッケル合金52粉末の優れた流動性と高密度は、レーザーエネルギーの良好な吸収と保持とともに、均一な拡散性を可能にし、優れた印刷適性をもたらします。
適切なアニール処理は、AMプロセス特有の急速な凝固による内部応力を緩和し、金属部品が設計要件を満たすことを可能にする。
鋳造/鍛造と比較して、積層造形のニッケル合金52部品の利点には以下が含まれます:
- 他の方法では不可能な複雑な形状
- 統合設計による組立部品の削減
- 開発期間の短縮
- 小ロット生産によるコスト削減
- 高い強度対重量比
- 部品間の優れた再現性
しかし、金属AMの限界については考慮する必要がある:
- 大量生産の場合はコストが高くなる
- 部品エンベロープの最大サイズの制約
- 追加の後処理が必要な場合がある
- 異方性材料特性
全体として、3Dプリンティングは、設計の複雑さ、カスタマイズ性、コスト、リードタイムなどの要素が重要な、小さなニッチな用途において、従来の技術よりも画期的な利点をもたらします。
ニッケル合金 52 粉末 供給者
金属積層造形用に特化したニッケル合金52粉末を提供する世界的な大手サプライヤーには、以下のようなものがある:
表6:ニッケル合金52粉末メーカー
会社概要 | 所在地 |
---|---|
サンドビック・オスプレイ | イギリス、ウェールズ |
カーペンター添加剤 | 米国バージニア州 |
ヘガネス | スウェーデン |
プラクセア | アメリカ、インディアナ州 |
センティエント・ジェット | 米国カリフォルニア州 |
粉体メーカーを差別化する要因は、品質管理にある:
- 厳しい航空宇宙規格に準拠した化学組成
- 球状粒子形状分布
- 汚染を防ぐための厳格な取り扱い手順
- さまざまな粒子径に対応
- バッチ間で一貫した粉末形態
そのため、3Dプリントショップは、正確な造形プロセスパラメーターと要件に適したニッケル合金52粉末の完全な品質保証証明を提供する信頼できるサプライヤーを選択することが不可欠です。
ニッケル合金52パウダーのコスト
ニッケル合金粉末は、ニッケルとクロムの含有量が高い独自の組成のため、従来のステンレス鋼粉末よりも高価である。
他のニッケル合金粉末との比較
ニッケル合金52粉末は、エントリーレベルのニッケル合金に比べ、高温での機械的特性と耐食性が大幅に向上しますが、高価です。
表7:ニッケル合金52と他のニッケル合金粉末との比較
合金 | 強さ | 耐酸化性 | 耐食性 | コスト |
---|---|---|---|---|
ニッケル合金 52 | 最高 | 最高1100℃まで | 1100℃まで優れた性能を発揮 | 高い |
インコネル718 | ミディアム | 700℃まで | 700℃まで | ミディアム |
インコネル625 | 最低 | 980℃まで | 980℃まで良好 | 低い |
インコネル718 は安価な代替ニッケル合金粉末ですが、650℃を超えると軟化し始めるため、ニッケル合金52の1100℃の耐熱性には及びません。また、極端な温度での耐食性や耐酸化性も劣る。
インコネル625 は、980℃までの連続使用で良好な耐酸化性を発揮する。しかし、動的負荷用途では十分な高温強度が得られない。700℃を超えると強度は急速に低下する。
1000℃を超える高温と高温の腐食や酸化を伴う極端な環境では、ニッケル合金52は、コストアップを伴う代替品よりも明らかに優れています。しかし、それほど要求の高くない用途では、インコネル718や625が、より低価格の粉末で十分な性能を発揮する可能性があります。
ニッケル合金52粉末の規格と等級
AM用ニッケル合金52粉末は、以下の国際材料規格に準拠して製造されています:
- ASTM B466:ニッケル-クロム-モリブデン-コロンビウム合金鋳物の規格
- AMS 5832:ニッケル合金、耐食・耐熱、棒、鍛造品、リング 52.5Ni - 22Cr - 22Fe - 3Mo
- DIN 2.4631 / NiCr22Fe19Mo3:耐熱合金鋳物
これらの規格は、グローバルなサプライチェーン全体にわたって、組成、機械的特性、結晶粒構造、表面仕上げ、品質工程の許容基準を定義している。
表 8: ニッケル合金 52 粉末の認証タイプ
認証 | 説明 |
---|---|
AS9100D 航空宇宙 | フライトクリティカルな航空宇宙用途の耐空性品質管理基準に適合 |
ISO 9001 | 生産およびサプライチェーンにおける品質管理システムのプロセス・コンプライアンスを検証する。 |
ISO 13485 | 医療機器の厳しい規制が達成されていることを確認 |
主要な金属AM粉末メーカーは、ニッケル合金52粉末をこれらの仕様に適合していると認定しており、顧客は、航空宇宙、防衛、エネルギー、医療などの分野の規制された用途に適した欠陥のない高品質の材料を安心して受け取ることができます。
印刷パラメータ開発のベストプラクティス
ニッケル合金52は金属3Dプリンティング用途では比較的新しいため、効果的なプリントパラメータはまだ標準化されていません。プリントショップは、粉末サプライヤーやプリンターOEMと密接に協力し、以下のような要因を考慮しながら試行錯誤的に最適な造形パラメーターを開発する必要があります:
- レーザー出力、スキャン速度、ハッチ間隔
- 不活性ガス流量設定
- 予熱およびベースプレート加熱温度
- 部品の方向性と支持構造
- アニーリングサイクル
十分な部品性能のために達成可能な材料特性を定量化するためには、試験形状を用いた広範な材料特性評価が不可欠です。高価な最終部品の生産に投資する前に、微細構造、硬度測定、引張試験、顕微鏡検査を実施し、サンプルクーポンの作製を比較する必要があります。
表9:ニッケル合金52の印刷パラメータ開発ガイドライン
目的 | 方法 | 指標 | ターゲット |
---|---|---|---|
密度の最適化 | パラメータ行列実験 | 相対密度 | >99.5% |
残留ストレス軽減 | スキャンパターンの変更、加熱前後 | 変形、XRD、モデリング | 歪みの最小化 |
機械的特性 | 引張/疲労試験 | UTS、降伏強さ、伸び % | ターゲット・プロパティに合わせる |
微細構造制御 | パラメータ変動 | 粒度、相分析 | 均一な細粒 |
コスト最小化 | 体積パッキング分析 | 1ビルドあたりの部品数 | 最大化 |
これらのベストプラクティスを活用した厳密な試験プロトコルを使用することで、ユーザーは、特定の用途でニッケル合金52の可能性を最大限に引き出すために最適な設定を行うことができます。このような開発手順を効果的に実施するために、材料サプライヤー、プリンターOEM、サードパーティーサービスプロバイダーの専門家と緊密に相談してください。
よくあるご質問
ここでは、ニッケル合金52粉末を使用した金属3Dプリントに関連するよくある質問にお答えします:
ニッケル合金52のレーザー粉末床溶融印刷に最適な粒度範囲は?
薄層を高精度でスキャンするための最高級グレードのパウダーとしては、15~45ミクロンの粒度範囲が推奨されます。45-100ミクロンの粗いパウダーは、レーザーの反射率を低減することにより、高速で良好な印刷性を提供することができます。
AMニッケル合金52の部品にはどのような後処理が必要ですか?
印刷されたニッケル合金52の部品には、3D印刷特有の局所的な溶融と急速な凝固による残留応力があります。HIPまたは真空炉アニーリングに基づく700℃~1000℃の応力除去熱処理は、内部応力を除去し、機械的特性を向上させるために不可欠です。さらに熱間等方圧加圧を行うことで、密度をさらに高めることができます。寸法精度と所望の表面仕上げ品質を達成するために、最小限の機械加工や研削を施すこともあります。
ニッケル合金52は、金属AMによるマルチマテリアル・プリンティングやアロイングに適合しますか?
はい、ニッケル合金52からステンレス鋼のような他の粉末合金への段階的な移行を含むニッケル合金複合材や機能的に等級付けされた材料は、大規模な材料科学の修正なしでかなり実現可能です。バインダー合金元素とベースとなるニッケル組成は、AM造形量内での適合性のある合金化や混合を容易に可能にします。
AMニッケル合金52の部品を溶接したり、加飾修理することはできますか?
はい、粉末床溶融印刷されたニッケル合金52部品は、レーザー金属蒸着(LMD)や電子ビーム積層造形のような指向性エネルギー蒸着をベースとしたAMプロセスを使用して、溶接や修理に成功することができます。望ましい化学的性質、機械的性質、高温性能を維持しながら、磨耗した部分を補強したり、サブコンポーネントを接合したりするには、適合するニッケル充填材を使用する必要があります。
金属AMのためにニッケル合金52を使って部品をモデリングする場合、どのような設計原則に従うべきでしょうか?
健全な造形を可能にするために、部品の最適な向き、最小のオーバーハング角度、十分な肉厚、適切な支持構造、および遷移半径などの要素を考慮した、粉末床融合プロセスの設計ガイドラインを実装する必要があります。CADモデルで製造上の制約と潜在的な後処理を前もって考慮することは、3Dプリンティングで完全に機能するニッケル合金52コンポーネントを製造するための鍵となります。
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