Порошок алюминида никеля

Обзор порошка алюминида никеля

Порошок алюминида никеля представляет собой интерметаллическое соединение, состоящее из атомов никеля (Ni) и алюминия (Al) в приблизительном соотношении 1:1. Он характеризуется высокой прочностью и твердостью, отличной устойчивостью к коррозии и окислению при высоких температурах, низкой плотностью и хорошей износостойкостью.

Порошки алюминида никеля производятся методом газового или водного распыления предварительно легированных слитков, содержащих 35-65% никеля и сбалансированный алюминий. Порошки имеют сферическую морфологию с гладкой поверхностью и контролируемым распределением частиц по размерам.

Основные свойства и области применения порошка алюминида никеля:

Состав:

• Никель: 35-65%
• Алюминий: баланс

Свойства:

• Высокая прочность и твердость при комнатных и повышенных температурах
• Низкая плотность (5,3 - 6,2 г/куб. см)
• Хорошая коррозионная стойкость
• Отличная стойкость к окислению до ~1000°C
• Хорошая теплопроводность и устойчивость к тепловым ударам
• Низкий коэффициент теплового расширения

Приложения:

• Порошковая металлургия - спеченные компоненты
• Термические напыляемые покрытия
• Аддитивное производство

Формы продуктов: Сферический порошок, распыляемый газом

Размеры частиц: 10 - 150 мкм

Стандарты: ASTM B951, UNS N07041, другие заказные спецификации

Виды порошка из алюминида никеля

Интерметаллические соединения алюминида никеля существуют в нескольких фазах с различными соотношениями никеля и алюминия и кристаллическими структурами. К распространенным типам относятся:

Тип	Состав	Кристаллическая структура	Основные свойства
NiAl (стехиометрический)	Никель 50%, алюминий 50%	B2 - Кубический	Высочайшая прочность и пластичность, хорошая стойкость к окислению до 1000°C
Ni3Al (богатый никелем)	Никель 75%, алюминий 25%	L12 - Кубический	Высокая твердость и хрупкость, низкая стойкость к окислению
NiAl3 (богатый алюминием)	Никель 25%, алюминий 75%	DO22 - Орторомбический	Наименьшая прочность и твердость, плохая устойчивость к окислению

Порошки алюминида никеля, предварительно легированные газовым распылением, обычно имеют почти равное соотношение Ni:Al для формирования фазы NiAl B2 в готовом компоненте. Отклонения от состава 1:1 приводят к образованию смешанных микроструктур NiAl + Ni3Al или NiAl + NiAl3 после спекания/консолидации.

Производственный процесс

Порошки алюминида никеля производятся путем распыления в инертном газе индукционно расплавленных слитков Ni-Al, содержащих 35-65 мас.ч.% Ni. Процесс включает:

1. Плавление - Ni и Al плавятся индукционным методом в инертной/вакуумной атмосфере
2. Атомизация - инертный газ высокого давления (N2, Ar) расщепляет расплавленный поток на мелкие капли
3. Застывание - капли быстро превращаются в сферические частицы порошка
4. Сбор - распыленный порошок собирается в камере и классифицируется по размеру частиц

Основные параметры процесса:

• Контроль состава основного сплава критический
• Индукционная плавка в инертной атмосфере для минимизации захвата кислорода/азота
• Давление и расход газа для распыления влияют на распределение частиц по размерам
• Быстрая скорость затвердевания позволяет получить мелкозернистую микроструктуру

Свойства порошок алюминида никеля

Порошки и консолидированные компоненты из алюминида никеля обладают рядом уникальных свойств, что делает их пригодными для использования в высокоэффективных приложениях:

Недвижимость	Порошок NiAl	Спеченный NiAl
Плотность (г/см3)	5.3 – 6.2	5.8 – 6.5
Температура плавления (°C)	1638	1638
Прочность (МПа)	200 – 350	500 – 1100
Твердость (HV)	300 – 500	500 – 800
Модуль Юнга (ГПа)	180 – 220	160 – 200
Прочность на сжатие (МПа)	500 – 1500	1000 – 2500
Коэффициент теплового расширения (10-6/K)	11 – 13	11 – 14
Теплопроводность (Вт/м-К)	20 – 35	15 – 30
Электрическое сопротивление (мкΩ-см)	125 – 160	60 – 100
Устойчивость к окислению	Отличное качество при температуре до 1000°C	Отличное качество при температуре до 1000°C
Коррозионная стойкость	Очень хорошо	Очень хорошо

Выдающееся соотношение прочности и плотности, а также способность выдерживать высокие температуры делают эти материалы привлекательной альтернативой традиционным никелевым и кобальтовым сверхпрочным сплавам для авиационной, автомобильной, космической и энергетической промышленности.

Области применения порошка алюминида никеля

Уникальные возможности порошков из алюминида никеля обусловливают разнообразные области их применения в различных отраслях промышленности:

Порошковая металлургия

• Структурные компоненты для аэрокосмической и автомобильной промышленности
• Турбинные лопатки, диски, валы, корпуса
• Датчики для работы в экстремальных условиях

Термические напыляемые покрытия

• Защитные покрытия для лопаток и лопаток турбин
• Футеровка камеры сгорания
• Стойкость к высокотемпературному окислению/коррозии

Аддитивное производство

• Сложные геометрические формы, невыполнимые при литье
• Сокращение времени выполнения заказа и затрат по сравнению с механической обработкой
• Компоненты для аэрокосмических двигателей и планера

Другие приложения

• Соединительные приспособления, скобы
• Электронная упаковка
• Катализаторы

Некоторые преимущества перед конкурирующими материалами:

Сверхпрочные сплавы	Титановые сплавы	Нержавеющие стали
Высокое соотношение прочности и веса	Повышенная прочность при высоких температурах и сопротивление ползучести	Превосходная устойчивость к окислению и коррозии при высоких температурах
Отличная устойчивость к окислению	Низкая плотность	Повышенная прочность и твердость
Снижение стоимости компонентов	Более высокие предельные температуры эксплуатации	Более высокие рабочие температуры

Алюминид никеля превосходит эти традиционные сплавы в самых жестких условиях эксплуатации в критически важных инженерных приложениях.

Технические характеристики порошка алюминида никеля

Порошки алюминида никеля, распыляемые газом, доступны в различных стандартных и индивидуальных спецификациях, отвечающих требованиям конечного использования:

Композиции

Сплав	Ni	Al	Другие элементы
NiAl	50%	50%	–
Ni-40Al	60%	40%	–
Ni-45Al	55%	45%	–
Ni-35Al-20Cr	35%	35%	20% Cr

Распределение частиц по размерам

Диапазон размеров	Типичное использование
<20 мкм	аддитивное производство, термическое напыление
20-63 мкм	литье металлов под давлением, напыление
63-150 мкм	общая порошковая металлургия

Стандарты спецификации размеров

• ASTM B214: Стандартная система классификации и анализ размеров
• DIN 51902: Анализ просеивания воздушной струей
• ISO 13318-1: Лазерный дифракционный анализ размера частиц

Химические требования

• ASTM B951: Базовая спецификация для интерметаллических порошков NiAl
• Другие специфические химические требования

Технические характеристики

• ASC PS7: Сферические порошки, распыляемые газом
• Другие индивидуальные условия, такие как распыление инертного газа, высокая чистота и т.д.

Поставщики и цены на порошок алюминида никеля

К числу ведущих мировых поставщиков порошков алюминида никеля относятся:

Производитель	Фирменные наименования	Производственная мощность
Sandvik	Osprey®, Nypcor®	Средний
Технология столярных работ	CarTech®	Малый
Hoganas	Хоганас NiAl	Средний
Praxair	–	Малый
Atlantic Equipment Engineers	Ферро-Терм, Пульвимет	Малый

Ценообразование

• Стоимость за кг варьируется от $50 до $300 в зависимости от сплава, размера порошка, качества
• Мелкие партии до 50 кг значительно дороже (~2-5x), чем оптовые объемы
• Снижение цен на долгосрочные контракты на поставку
• Экономичные цены на разработки более низкой чистоты

Производство на заказ

• Несколько контрактных производителей предоставляют услуги распыления по индивидуальному заказу
• MOQ около 500-1000 кг
• Срок изготовления обычно составляет 12-16 недель

Руководство по покупке

Основные соображения при выборе поставщика порошка алюминида никеля:

Технические факторы

• Состав сплава, подходящий для применения
• Форма и распределение частиц по размерам
• Химическая чистота и микроструктура
• Согласованность между участками
• Сертификаты качества

Коммерческие факторы

• Цены на порошковые спецификации
• Минимальное количество заказа
• Время выполнения заказов
• Долгосрочные соглашения о поставках
• Процесс управления изменениями

Возможности поставщика

• Опыт и репутация в отрасли
• Техническая экспертиза и обслуживание клиентов
• Производственные мощности и масштабируемость
• Услуги по настройке
• Управление запасами и буферными запасами

Покупатели должны оценивать как качество продукции, так и коммерческие факторы при закупке порошков алюминида никеля для критически важных программ.

порошок алюминида никеля Плюсы и минусы

Преимущества

• Высокое соотношение прочности и массы
• Отличные высокотемпературные свойства
• Хорошая экологическая устойчивость
• Возможность изготовления почти сетчатой формы
• Выгодная структура затрат

Недостатки

• Невысокая пластичность/жесткость при комнатной температуре
• Чувствительность к охрупчиванию под воздействием окружающей среды
• Сложная термомеханическая обработка
• Контроль стехиометрии сложный
• Ограниченные поставщики и высокие MOQ

Для применения при экстремальных температурах возможности алюминида никеля компенсируют повышенную сложность и дороговизну обработки.

Вопросы и ответы

Вопрос: Какова химическая формула алюминида никеля?

Ответ: Стохиометрическое интерметаллическое соединение имеет химическую формулу NiAl. Существуют и другие богатые никелем и алюминием фазы с такими формулами, как Ni3Al и NiAl3.

Вопрос: Является ли алюминид никеля ферромагнитным?

О: Нет, в отличие от чистого никеля, алюминид никеля обладает незначительным ферромагнетизмом в своей равновесной микроструктуре. Однако некоторые неравновесные фазы, образующиеся в процессе обработки, могут проявлять временный ферромагнетизм.

Вопрос: Какова температура плавления алюминида никеля?

О: 1638°C - температура плавления равновесной фазы NiAl. Температура плавления снижается при отклонениях от этого состава в сторону богатых никелем и алюминием.

Вопрос: Для каких целей обычно используется алюминид никеля?

О: Основное применение - конструкционные детали порошковой металлургии, компоненты аддитивного производства, покрытия для термического напыления, катализаторы и электронная упаковка. Применения обеспечивают превосходные механические свойства и устойчивость к воздействию окружающей среды при высоких температурах до 1000°C.

Вопрос: В каких отраслях промышленности используются сплавы на основе алюминида никеля?

О: Аэрокосмическая промышленность является крупнейшим потребителем компонентов авиационных и ракетных двигателей. Другими крупными отраслями являются производство электроэнергии, автомобилестроение/гоночный спорт, химическая промышленность и нефтегазовая отрасль.

Вопрос: Как производится порошок алюминида никеля?

О: Газовое распыление - это традиционный процесс, при котором поток расплавленного сплава NiAl распадается под высоким давлением струй инертного газа на мелкие сферические частицы порошка, которые быстро затвердевают. В меньших масштабах используется также распыление водой.

Вопрос: Почему алюминид никеля не используется более широко?

О: Проблемы, связанные с разработкой сложной термомеханической обработки для достижения достаточной пластичности/жесткости и контролем точной стехиометрии, ограничивают более широкое внедрение в конструкцию. Стоимость также выше, чем у конкурирующих сплавов.

Вопрос: В чем разница между никелем и алюминидом никеля?

О: Чистый никель - это металл, а алюминид никеля - интерметаллическое соединение. Никель более твердый, но слабый при высоких температурах. Алюминид никеля обладает превосходной прочностью при повышенных температурах, твердостью и устойчивостью к воздействию окружающей среды.

Заключение

Благодаря привлекательному соотношению высокой температуры и веса алюминид никеля позволяет создавать более легкие и высокоэффективные компоненты для сложных применений в аэрокосмической, автомобильной, энергетической и промышленной отраслях.

Несмотря на то, что производство более дорогостоящее и сложное, чем производство традиционных сплавов, продолжающиеся исследования и разработки расширяют эксплуатационные возможности алюминида никеля, позволяя инженерам расширить границы двигателей, авиационных платформ, силовых установок и процессов следующего поколения.

узнать больше о процессах 3D-печати