Порошок никелевого сплава

Порошок никелевого сплава относится к формам порошковой металлургии различных сплавов на основе никеля. Эти порошки могут быть переработаны в готовые компоненты с помощью таких методов закрепления порошка, как горячее изостатическое прессование и литье металлов под давлением. Порошки никелевых сплавов отличаются высокой прочностью, коррозионной стойкостью, высокотемпературными характеристиками и другими специальными свойствами.

Типы порошков никелевых сплавов

Никелевые сплавы - это сложные материалы с точным составом, созданным для достижения определенных характеристик. Наиболее распространенные типы порошков никелевых сплавов включают:

Порошки никелевых сплавов имеют широкий диапазон состава в зависимости от требуемых свойств материала. Выбор микроструктуры имеет решающее значение.

Методы производства Порошки никелевых сплавов

Несколько технологий позволяют получать порошок никелевого сплава для промышленного использования:

• Распыление - Расплавленные сплавы попадают в поток газа высокого давления и быстро затвердевают в порошок
• Электролиз - Водный электролитический процесс для прямого получения порошков из пластин
• Карбонильный процесс - Воздействие угарного газа при низких температурах/давлении

Наиболее распространенным методом является атомизация, позволяющая получать большие объемы и удешевляющая производство. В таблице ниже приведены некоторые плюсы и минусы каждого способа производства порошка никелевого сплава:

Контроль распределения частиц по размерам, морфологии, содержания оксидов и микрочистоты также является ключевым фактором качества при производстве.

Состав порошка никелевого сплава

Как уже говорилось, никелевые сплавы содержат никель и другие элементы для достижения желаемых свойств. Вот некоторые типичные составы:

Никелевые суперсплавы

Порошки из нержавеющей стали

Сплавы с низким коэффициентом расширения

Весовые проценты могут значительно варьироваться даже в пределах одного семейства сплавов, что позволяет создавать варианты с особыми целевыми характеристиками.

Характеристики порошков никелевых сплавов

Основные характеристики порошков из никелевых сплавов включают:

• Размер частиц: Обычно 10 - 45 микрон
• Морфология: Сферические, спутниковые, неправильные формы
• Кажущаяся плотность: До 65% насыпной плотности сплава
• Текучесть: Влияние на заполнение формы
• Содержание оксида: Влияет на консолидацию и свойства
• Микрочистота: Наличие пустот, трещин или включений

Контроль этих характеристик порошка путем оптимизации производства необходим для обеспечения последовательности последующих методов обработки порошка.

Применение Порошки никелевых сплавов

Порошки из никелевых сплавов используются во всех отраслях промышленности, где требуются высокоэффективные материалы с особыми свойствами:

Никелевые суперсплавы

• Лопатки турбины
• Камеры сгорания ракетных двигателей
• Ядерные реакторы
• Оборудование для химической обработки

Порошки из нержавеющей стали

• Насосы и клапаны
• Морские компоненты
• Оборудование для пищевой промышленности
• Хирургические инструменты
• Смесительное оборудование

Сплавы с низким коэффициентом расширения

• Прецизионные инструменты
• Оптические зеркала и крепления
• Упаковка для электроники
• Аэрокосмические композиты

Магнитные сплавы

• Магнитные сердечники
• Магнитные датчики
• Приводы
• Электродвигатели

Сопротивление сплавов

• Нагревательные элементы
• Резисторы
• Термопары
• Компоненты аккумулятора

Порошки никелевых сплавов позволяют изготавливать небольшие сложные детали с превосходными свойствами по сравнению с деформируемыми формами.

Методы консолидации порошков никелевых сплавов

К распространенным методам консолидации порошков никелевых сплавов в твердые детали относятся:

• Литье металлов под давлением (MIM): Связующее вещество смешивается с порошком, формуется, затем дебридируется и спекается
• Горячее изостатическое прессование (HIP): Применение высокой температуры и изостатического давления для уплотнения порошка
• Аддитивное производство: Технологии 3D-печати, такие как струйное нанесение связующего и направленное осаждение энергии

MIM позволяет получать большие объемы небольших изделий сложной геометрии при низких затратах. HIP обеспечивает практически полную плотность и чистую форму. Аддитивные технологии обеспечивают наибольшую свободу проектирования.

Каждый процесс консолидации имеет свой набор рекомендуемых характеристик порошка для достижения оптимальных результатов:

Технические характеристики порошков никелевых сплавов

Порошки никелевых сплавов промышленного назначения должны отвечать требованиям по составу и качеству в соответствии с различными международными спецификациями:

Эти стандарты позволяют определить предельные химические составы, допустимые уровни примесей/включений, ожидаемый гранулометрический состав, диапазоны кажущейся плотности и другие критические параметры, которые существенно влияют на эксплуатационные характеристики.

Поставщики порошков никелевых сплавов

Ведущие мировые поставщики различных порошков из никелевых сплавов включают в себя:

Цены варьируются в зависимости от сложности сплава, характеристик порошка, используемого метода производства, потребностей в персонализации, а также спроса/емкости рынка.

Преимущества порошков никелевых сплавов

Основные преимущества использования порошков никелевых сплавов вместо деформируемых изделий:

• Производство небольших деталей сложной геометрии
• Почти чистая форма с минимальными потерями
• Тонкие микроструктуры при быстром затвердевании
• Компоненты с превосходными свойствами
• Позволяет экономично использовать дорогостоящие материалы
• Упрощает обработку труднообрабатываемых сплавов
• Компоненты могут производиться серийно
• Диапазон методов консолидации

Технологии порошковой металлургии позволяют реализовать непроизводимые ранее конструкции.

Ограничения порошков никелевых сплавов

Некоторые недостатки, связанные с порошками из никелевых сплавов:

• Методы производства порошка могут быть энерго-/ресурсоемкими
• Консолидированные свойства зависят от множества характеристик порошка
• Более низкая пластичность и вязкость разрушения по сравнению с деформируемыми формами
• Ограниченные размеры/объемы по сравнению с литыми/коваными методами
• Для достижения окончательных характеристик детали может потребоваться постобработка
• Пористость в готовых компонентах при неправильной консолидации
• Требуется специальное оборудование и квалифицированное обращение

Однако уникальные свойства и геометрическая гибкость, обеспечиваемые порошками никелевых сплавов, делают их незаменимым передовым материалом во многих технологических отраслях.

Исследование порошка никелевого сплава

Текущие исследования направлены на расширение возможностей и создание новых областей применения порошков никелевых сплавов:

• Разработка сплавов - новые составы для повышения высокотемпературной прочности, износостойкости и т.д.
• Новые методы уплотнения - микроволновое спекание, плазменное уплотнение и т.д. для ускорения обработки
• Нанокристаллические порошки - для получения чрезвычайно тонких микроструктур и улучшенных свойств
• Функционально градированные материалы - Градированный состав/структуры внутри компонентов
• Металломатричные композиты - Усиление никелевых сплавов карбидами/керамикой
• Оптимизация топологии - создание органических, бионических форм с помощью технологий AM

Существуют широкие возможности для расширения границ и создания новых технологий на основе порошковых никелевых сплавов путем проведения междисциплинарных исследований и разработок. Такие государственные структуры, как ЕС и США, ввели специальные схемы финансирования для ускорения развития инновационных центров порошковой металлургии.

Разработка компонентов из порошковых сплавов никеля

При использовании порошков никелевых сплавов для производства конечных компонентов необходимо учитывать несколько конструктивных особенностей:

Общие рекомендации по дизайну

• Оптимизируйте толщину стенок и избегайте резких изменений
• Включите филе в острые углы
• Сведите к минимуму высокие, изолированные элементы
• Проверьте минимальные углы тяги для выбранного процесса
• Соблюдайте рекомендуемые геометрические параметры метода консолидации
• Учет этапов постобработки в размерах

Советы по MIM-специфике

• Не превышайте общую длину 50 мм
• Используйте постоянную толщину стенок
• Включая загрузочные головки и затворы для горячего хода
• Следите за износом стального инструмента при использовании абразивных порошков

Указатели, специфичные для AM

• Никаких геометрических ограничений! Не останавливайтесь на достигнутом.
• Используйте решетчатые структуры и органические формы
• Помните о требованиях к опорной конструкции

При проектировании компонентов необходимо учитывать особенности технологий консолидации порошка, а также их функциональность.

Меры безопасности для Порошки никелевых сплавов

Работа с порошками из никелевых сплавов требует соблюдения определенных мер предосторожности:

• При необходимости используйте соответствующие СИЗ - перчатки, респираторы, защитные очки
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию и уборку пыли
• Предотвращение воздействия порошка при консолидации
• Соблюдайте требования к воспламеняемости - некоторые порошки являются пирофорными
• Немедленно ликвидируйте разливы, используя соответствующие методы очистки
• Утилизация в соответствии с местными экологическими нормами

Любая производственная или исследовательская деятельность с порошком никелевого сплава должна включать в себя всестороннюю оценку рисков и все необходимые системы для надлежащего снижения рисков для здоровья, взрывов и окружающей среды. Персонал должен пройти достаточное обучение безопасным процедурам обращения.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какой размер частиц порошка никелевого сплава лучше всего подходит для аддитивного производства?

О: Сферические порошки размером 15-45 микрон хорошо работают в большинстве методов AM, обеспечивая баланс между распределяемостью, текучестью и высокой плотностью консолидации. Более тонкие порошки размером 10-25 микрон могут создавать более тонкие детали, если это позволяет конкретный процесс AM.

Вопрос: Почему стоит выбрать литье металла под давлением для производства с использованием порошков никелевых сплавов?

О: MIM позволяет изготавливать сложные детали в больших объемах с хорошей точностью размеров и чистотой поверхности. При этом хорошо сохраняются свойства, присущие сплаву. Этот процесс экономически эффективен при изготовлении небольших сложных деталей из никелевого сплава.

Вопрос: Как порошки из никелевых сплавов делают сферическими?

О: Распыление в инертном газе использует принципы быстрого затвердевания через механизмы плавного разрушения жидкости, опосредованные турбулентностью газового потока, для создания практически сферических форм частиц порошка с хорошими характеристиками текучести.

Вопрос: Каковы общие области применения никелевых сплавов с низким коэффициентом расширения?

A: Прецизионные приборы, оптические зеркала, упаковка для электроники, аэрокосмические конструкции, радиационные экраны, теплоизоляционные соединения, композиты с низкими требованиями к СТЭ используют никелевые сплавы с контролируемым расширением.

Вопрос: Почему текучесть является важной характеристикой порошка никелевого сплава?

О: Во избежание дефектов порошки должны полностью и быстро распределяться и плавно втекать в полости пресс-формы. Такие методы испытаний, как скорость потока Холла, помогают количественно оценить это поведение, которое влияет на консолидацию и свойства.

узнать больше о процессах 3D-печати