Nikkel-aluminide poeder

Overzicht van nikkelaluminidepoeder

Nikkel-aluminidepoeder is een intermetallische verbinding die bestaat uit nikkel- (Ni) en aluminiumatomen (Al) in een verhouding van ongeveer 1:1. Het wordt gekenmerkt door hoge sterkte en hardheid, uitstekende corrosie- en oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen, lage dichtheid en goede slijtvastheid. Het wordt gekenmerkt door hoge sterkte en hardheid, uitstekende weerstand tegen corrosie en oxidatie bij hoge temperaturen, lage dichtheid en goede slijtvastheid.

Nikkelaluminidepoeders worden geproduceerd door gas- of waterverstuiving van voorgelegeerde ingots die 35-65% nikkel en gebalanceerd aluminium bevatten. De poeders hebben een sferische morfologie met een glad oppervlak en een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling.

Belangrijkste eigenschappen en toepassingen van nikkelaluminidepoeder:

Samenstelling:

• Nikkel: 35-65%
• Aluminium: Balans

Eigenschappen:

• Hoge sterkte en hardheid bij kamertemperatuur en verhoogde temperaturen
• Lage dichtheid (5,3 - 6,2 g/cc)
• Goede corrosiebestendigheid
• Uitstekende weerstand tegen oxidatie tot ~1000°C
• Goede thermische geleidbaarheid en weerstand tegen thermische schokken
• Lage thermische uitzettingscoëfficiënt

Toepassingen:

• Poedermetallurgie - gesinterde onderdelen
• Thermische spuitcoatings
• Additieve productie

Productvormen: Gasverneveld bolvormig poeder

Deeltjesgrootte: 10 – 150 micron

Normen: ASTM B951, UNS N07041, andere aangepaste specificaties

Soorten nikkelaluminidepoeder

Nikkel-aluminide intermetallische verbindingen bestaan in verschillende fasen met verschillende nikkel-aluminiumverhoudingen en kristalstructuren. Veel voorkomende soorten zijn:

Gasgeatomiseerde voorgelegeerde nikkelaluminidepoeders hebben meestal een bijna gelijke Ni:Al-verhouding om de NiAl B2-fase in het afgewerkte onderdeel te vormen. Afwijkingen van de 1:1 samenstelling produceren gemengde NiAl + Ni3Al of NiAl + NiAl3 microstructuren na sinteren/consolideren.

Productieproces

Nikkelaluminidepoeders worden vervaardigd door inerte gasverstuiving van inductiegesmolten Ni-Al ingots die 35-65 wt% Ni bevatten. Het proces omvat:

1. Smelten - Nikkel en aluminium worden inductief gesmolten onder inerte/vacuümatmosfeer
2. Verstuiving - Inert gas onder hoge druk (N2, Ar) doet de gesmolten stroom uiteenvallen in fijne druppeltjes.
3. Stolling - Druppels stollen snel tot bolvormige poederdeeltjes
4. Collectie - Verstoven poeder verzameld in kamer en geclassificeerd op deeltjesgrootte

Belangrijkste procesparameters:

• Samenstellingscontrole van masterlegering kritisch
• Inductiesmelten onder inerte atmosfeer om de opname van zuurstof/stikstof te minimaliseren
• Verstuiving gasdruk en stroomsnelheid beïnvloedt deeltjesgrootteverdeling
• Snelle stollingssnelheid produceert fijnkorrelige microstructuur

Eigenschappen van nikkelaluminidepoeder

Poeders en geconsolideerde componenten van nikkelaluminide vertonen een reeks unieke eigenschappen waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met hoge prestaties:

De uitstekende sterkte/dichtheidsverhouding en mogelijkheden bij hoge temperaturen maken deze materialen aantrekkelijke alternatieven voor conventionele superlegeringen van nikkel en kobalt voor vliegtuigen, auto's, ruimtevaart en energietoepassingen.

Toepassingen van nikkelaluminidepoeder

De unieke eigenschappen van nikkelaluminidepoeders leiden tot een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën:

Poeder-Metallurgie

• Constructiedelen voor lucht- en ruimtevaart en auto's
• Turbineschoepen, schijven, assen, behuizingen
• Sensoren voor extreme omgevingen

Thermische spuitcoatings

• Beschermende coatings voor turbineschoepen en -schoepen
• Verbrandingskamervoeringen
• Weerstand tegen oxidatie/corrosie bij hoge temperaturen

Additieve productie

• Complexe geometrieën die niet kunnen worden gegoten
• Kortere doorlooptijden en kosten vs. machinale bewerking
• Onderdelen voor luchtvaartmotoren en vliegtuigrompen

Andere applicaties

• Verbindingshulpmiddelen, brazementen
• Elektronische verpakking
• Katalysatoren

Enkele voordelen ten opzichte van concurrerende materialen:

Nikkelaluminide presteert beter dan deze conventionele legeringen in de zwaarste omstandigheden in kritieke technische toepassingen.

Specificaties van nikkelaluminidepoeder

Geatomiseerde nikkelaluminidepoeders zijn verkrijgbaar in verschillende standaard- en klantspecificaties die zijn afgestemd op de eisen van het eindgebruik:

Composities

Deeltjesgrootteverdeling

Maatspecificatie Standaarden

• ASTM B214: Standaard classificatiesysteem en grootte-analyse
• DIN 51902: Luchtstraal gezeefde analyse
• ISO 13318-1: Laserdiffractie deeltjesgrootte analyse

Chemische vereisten

• ASTM B951: Basisspecificatie voor NiAl intermetallische poeders
• Andere toepassingsspecifieke chemische vereisten

Conditiespecificaties

• ASC PS7: Gasverstuiving, sferische poeders
• Andere aangepaste omstandigheden zoals geatomiseerd inert gas, hoge zuiverheid enz.

Leveranciers en prijzen van nikkelaluminidepoeder

Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers van nikkelaluminidepoeders zijn:

Prijzen

• Kosten per kg variëren van $50 - $300 op basis van legering, poedergrootte, kwaliteit
• Kleine partijen onder 50 kg veel duurder (~2-5x) dan bulkvolumes
• Lagere prijzen voor langlopende leveringscontracten
• Voordelige prijs voor ontwikkelingsrangen met een lagere zuiverheid

Aangepaste productie

• Verschillende contractfabrikanten bieden aangepaste verstuivingsservices
• MOQ ongeveer 500-1000 kg
• Doorlooptijden meestal 12-16 weken

Koopgids

Belangrijke overwegingen bij het kiezen van een leverancier van nikkelaluminidepoeder:

Technische factoren

• Legeringssamenstelling geschikt voor toepassing
• Deeltjesvorm en -grootteverdeling
• Chemische zuiverheid en microstructuur
• Kavel-tot-kavel consistentie
• Kwaliteitscertificeringen

Commerciële factoren

• Prijzen voor poederspecificaties
• Minimum bestelhoeveelheid
• Doorlooptijd voor bestellingen
• Langlopende leveringsovereenkomsten
• Proces voor wijzigingsbeheer

Mogelijkheden van leveranciers

• Ervaring en reputatie in de sector
• Technische expertise en klantenservice
• Productiecapaciteit en schaalbaarheid
• Maatwerkdiensten
• Voorraadbeheer en buffervoorraad

Inkopers moeten zowel productkwaliteit als zakelijke factoren evalueren bij het inkopen van nikkelaluminidepoeders voor kritieke programma's.

nikkelaluminidepoeder Voors vs. Tegens

Voordelen

• Hoge sterkte-gewichtsverhouding
• Uitstekende eigenschappen bij hoge temperaturen
• Goede omgevingsbestendigheid
• Bijna-net-vorm fabriceerbaarheid
• Gunstige kostenstructuur

Nadelen

• Inferieure ductiliteit/taaiheid bij kamertemperatuur
• Gevoeligheid voor verbrossing door omgevingsfactoren
• Complexe thermomechanische verwerking
• Controle van stoichiometrie uitdagend
• Beperkte leveranciers en hoge MOQ's

Voor toepassingen bij extreme temperaturen compenseren de mogelijkheden van nikkelaluminide de toegenomen complexiteit en kosten van de verwerking.

Veelgestelde vragen

V: Wat is de chemische formule van nikkelaluminide?

Antwoord: De stochiometrische intermetallische verbinding heeft de chemische formule NiAl. Er bestaan andere nikkelrijke en aluminiumrijke fasen met formules als Ni3Al en NiAl3.

V: Is nikkelaluminide ferromagnetisch?

A: Nee, in tegenstelling tot zuiver nikkelmetaal heeft nikkelaluminide verwaarloosbaar ferromagnetisme in de evenwichtsmicrostructuur. Bepaalde niet-evenwichtsfasen die tijdens de verwerking gevormd worden, kunnen echter tijdelijk ferromagnetisme vertonen.

V: Wat is het smeltpunt van nikkelaluminide?

A: 1638°C is de smelttemperatuur van de evenwichts NiAl-fase. Het smeltpunt daalt voor nikkelrijke en aluminiumrijke afwijkingen van deze samenstelling.

V: Wat zijn veelvoorkomende toepassingen van nikkelaluminide?

A: Voornamelijk gebruikt in structurele poedermetallurgieonderdelen, additieve productiecomponenten, thermische spuitcoatings, katalysatoren en elektronische verpakkingen. Toepassingen vereisen uitstekende mechanische eigenschappen en omgevingsweerstand bij hoge temperaturen tot 1000 °C.

V: In welke industrieën worden legeringen van nikkelaluminide gebruikt?

A: De lucht- en ruimtevaartindustrie is de grootste afnemer van onderdelen voor vliegtuig- en raketmotoren. Andere grote industrieën zijn energieopwekking, auto's/racerij, chemische verwerking en olie en gas.

V: Hoe wordt nikkelaluminidepoeder gemaakt?

A: Gasverstuiving is het conventionele proces waarbij de stroom gesmolten NiAl-legering door inerte gasstralen onder hoge druk uiteenvalt in fijne bolvormige poederdeeltjes die snel stollen. Waterverstuiving wordt ook op kleinere schaal gebruikt.

V: Waarom wordt nikkelaluminide niet op grotere schaal gebruikt?

A: Uitdagingen rond het ontwikkelen van complexe thermomechanische processen om voldoende vervormbaarheid/taaiheid te bereiken en het controleren van precieze stoichiometrie hebben een bredere structurele toepassing beperkt. De kosten zijn ook hoger dan concurrerende legeringen.

V: Wat is het verschil tussen nikkel en nikkelaluminide?

A: Puur nikkel is een metaal, terwijl nikkelaluminide een intermetallische verbinding is. Nikkel is taaier maar zwakker bij hoge temperaturen. Nikkelaluminide heeft een uitstekende sterkte bij hoge temperaturen, hardheid en omgevingsweerstand.

Conclusie

Met zijn aantrekkelijke verhouding tussen vermogen en gewicht bij hoge temperaturen maakt nikkelaluminide lichtere, beter presterende componenten mogelijk in veeleisende toepassingen in de ruimtevaart, auto-industrie, energie- en industriële sectoren.

Hoewel de fabricage duurder en moeilijker is dan die van traditionele legeringen, breiden voortdurende onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten de operationele mogelijkheden van nikkelaluminide uit, waardoor ingenieurs grenzen kunnen verleggen in de volgende generatie motoren, vliegtuigrompen, motoren en processen.

ken meer 3D-printprocessen