Nickelaluminidpulver

Översikt över nickelaluminidpulver

Nickelaluminidpulver är en intermetallisk förening som består av nickel- (Ni) och aluminiumatomer (Al) i ett ungefärligt förhållande av 1:1. Den kännetecknas av hög hållfasthet och hårdhet, utmärkt korrosions- och oxidationsbeständighet vid höga temperaturer, låg densitet och god slitstyrka.

Nickelaluminidpulver tillverkas genom gas- eller vattenatomisering av förlegerade göt innehållande 35-65% nickel och balanserad aluminium. Pulvren har sfärisk morfologi med slät yta och kontrollerad partikelstorleksfördelning.

Viktiga egenskaper och användningsområden för nickelaluminidpulver:

Sammansättning:

• Nickel: 35-65%
• Aluminium: Balans

Egenskaper:

• Hög hållfasthet och hårdhet vid rumstemperatur och förhöjda temperaturer
• Låg densitet (5,3 - 6,2 g/cc)
• God korrosionsbeständighet
• Utmärkt oxidationsbeständighet upp till ~1000°C
• God värmeledningsförmåga och motståndskraft mot termisk chock
• Låg värmeutvidgningskoefficient

Applikationer:

• Pulvermetallurgi - sintrade komponenter
• Termiska sprutbeläggningar
• Additiv tillverkning

Produktformer: Gasatomiserat sfäriskt pulver

Partikelstorlekar: 10 - 150 mikrometer

Standarder: ASTM B951, UNS N07041, andra anpassade specifikationer

Olika typer av nickelaluminidpulver

Intermetalliska nickelaluminidföreningar finns i flera faser med olika nickel-aluminiumförhållanden och kristallstrukturer. Vanliga typer inkluderar:

Gasatomiserade förlegerade nickelaluminidpulver har vanligtvis ett nästan lika stort Ni:Al-förhållande för att bilda NiAl B2-fasen i den färdiga komponenten. Avvikelser från 1:1-sammansättningen ger blandade NiAl + Ni3Al- eller NiAl + NiAl3-mikrostrukturer efter sintring/konsolidering.

Produktionsprocess

Nickelaluminidpulver tillverkas genom atomisering med inert gas av induktionssmältade Ni-Al-göt innehållande 35-65 wt% Ni. Processen innefattar:

1. Smältning - Ni och Al smälts induktivt under inert/vakuum-atmosfär
2. Atomisering - Inert gas under högt tryck (N2, Ar) sönderdelar den smälta strömmen i fina droppar
3. Solidifiering - Droppar stelnar snabbt till sfäriska pulverpartiklar
4. Uppsamling - finfördelat pulver samlas upp i kammaren och klassificeras efter partikelstorlek

Viktiga processparametrar:

• Sammansättningskontroll av kritisk masterlegering
• Induktionssmältning under inert atmosfär för att minimera syre-/kväveupptagning
• Atomiseringsgastryck och flödeshastighet påverkar partikelstorleksfördelningen
• Snabb stelningshastighet ger finkornig mikrostruktur

Egenskaper för nickelaluminidpulver

Nickelaluminidpulver och konsoliderade komponenter uppvisar en rad unika egenskaper som gör dem lämpliga för högpresterande applikationer:

Det enastående förhållandet mellan styrka och densitet och förmågan att klara höga temperaturer gör dessa material till attraktiva alternativ till konventionella nickel- och kobolt-superlegeringar för flyg-, fordons-, rymd- och energiapplikationer.

Användningsområden för nickelaluminidpulver

De unika egenskaperna hos nickelaluminidpulver leder till ett brett utbud av applikationer inom olika branscher:

Pulvermetallurgi

• Strukturella komponenter för flyg- och fordonsindustrin
• Turbinblad, skivor, axlar, höljen
• Sensorer för extrema miljöer

Beläggningar för termisk sprutning

• Skyddsbeläggningar för turbinblad och skovlar
• Förbränningskammarens foder
• Oxidations- och korrosionsbeständighet vid höga temperaturer

Additiv tillverkning

• Komplexa geometrier som inte kan gjutas
• Kortare ledtider och lägre kostnader jämfört med maskinbearbetning
• Komponenter till flygmotorer och flygplansskrov

Andra tillämpningar

• Sammanfogningshjälpmedel, flänsar
• Elektroniska förpackningar
• Katalysatorer

Vissa fördelar jämfört med konkurrerande material:

Nickelaluminid överträffar dessa konventionella legeringar i de tuffaste miljöerna i kritiska tekniska tillämpningar.

Specifikationer för nickelaluminidpulver

Gasatomiserade nickelaluminidpulver finns tillgängliga i olika standard- och kundspecifikationer som är skräddarsydda för slutanvändarens krav:

Kompositioner

Fördelning av partikelstorlek

Storlek Specifikation Standarder

• ASTM B214: Standardklassificeringssystem och storleksanalys
• DIN 51902: Luftstrålesiktad analys
• ISO 13318-1: Partikelstorleksanalys med laserdiffraktion

Kemiska krav

• ASTM B951: Basspecifikation för NiAl intermetalliska pulver
• Andra applikationsspecifika kemiska krav

Skick Specifikationer

• ASC PS7: Gasatomiserade, sfäriska pulver
• Andra kundanpassade villkor som inert gasatomisering, hög renhet etc.

Leverantörer och prissättning av nickelaluminidpulver

Några ledande globala leverantörer av nickelaluminidpulver inkluderar:

Prissättning

• Kostnad per kg varierar från $50 - $300 beroende på legering, pulverstorlek, kvalitet
• Små partier under 50 kg mycket dyrare (~2-5x) än bulkvolymer
• Sänkta priser för långfristiga leveransavtal
• Ekonomisk prissättning för utvecklingskvaliteter med lägre renhet

Anpassad tillverkning

• Flera kontraktstillverkare tillhandahåller anpassade atomiseringstjänster
• MOQ cirka 500-1000 kg
• Ledtider normalt 12-16 veckor

Köpguide

Viktiga faktorer att ta hänsyn till vid val av leverantör av nickelaluminidpulver:

Tekniska faktorer

• Legeringssammansättning anpassad för applikationen
• Partikelform och storleksfördelning
• Kemisk renhet och mikrostruktur
• Enhetlighet från parti till parti
• Kvalitetscertifieringar

Kommersiella faktorer

• Prissättning för pulverspecifikationer
• Minsta orderkvantitet
• Ledtid för beställningar
• Långsiktiga leveransavtal
• Förändringskontrollprocess

Leverantörens kapacitet

• Branscherfarenhet och anseende
• Teknisk expertis och kundservice
• Produktionskapacitet och skalbarhet
• Tjänster för kundanpassning
• Lagerhantering och buffertlager

Inköpare måste utvärdera både produktkvalitet och affärsfaktorer när de köper in nickelaluminidpulver för kritiska program.

nickelaluminidpulver Fördelar kontra nackdelar

Fördelar

• Högt förhållande mellan styrka och vikt
• Utmärkta egenskaper vid höga temperaturer
• God miljöbeständighet
• Tillverkningsbarhet nära nätform
• Gynnsam kostnadsstruktur

Nackdelar

• Sämre duktilitet/tålighet vid rumstemperatur
• Känslighet för miljöförsprödning
• Komplex termomekanisk bearbetning
• Kontroll av stökiometri utmanande
• Begränsade leverantörer och höga MOQ

För applikationer med extrema temperaturer uppväger nickelaluminidens egenskaper den ökade bearbetningskomplexiteten och kostnaden.

Vanliga frågor

F: Vad är den kemiska formeln för nickelaluminid?

Svar: Den stochiometriska intermetalliska föreningen har den kemiska formeln NiAl. Andra nickelrika och aluminiumrika faser finns med formler som Ni3Al och NiAl3.

F: Är nickelaluminid ferromagnetisk?

Svar: Nej, till skillnad från ren nickelmetall har nickelaluminid försumbar ferromagnetism i sin jämviktsmikrostruktur. Vissa icke-jämviktsfaser som bildas under bearbetningen kan dock uppvisa tillfällig ferromagnetism.

F: Vad är smältpunkten för nickelaluminid?

Svar: 1638°C är smälttemperaturen för NiAl-fasen i jämvikt. Smältpunkten sjunker för nickelrika och aluminiumrika avvikelser från denna sammansättning.

F: Vilka är de vanligaste användningsområdena för nickelaluminid?

A: Huvudsakliga användningsområden är strukturella pulvermetallurgiska delar, komponenter för additiv tillverkning, beläggningar för termisk sprutning, katalysatorer och elektroniska förpackningar. Applikationerna utnyttjar utmärkta mekaniska egenskaper och miljöbeständighet vid höga temperaturer upp till 1000°C.

F: Vilka industrier använder nickelaluminidlegeringar?

A: Flyg- och rymdindustrin är den största konsumenten av komponenter till flyg- och raketmotorer. Andra stora industrier är kraftproduktion, fordonsindustri/racing, kemisk bearbetning samt olja och gas.

F: Hur tillverkas nickelaluminidpulver?

S: Gasatomisering är den konventionella processen där den smälta NiAl-legeringen sönderdelas av inerta gasstrålar under högt tryck till fina sfäriska pulverpartiklar som snabbt stelnar. Vattenatomisering används också i mindre skala.

F: Varför används inte nickelaluminid i större utsträckning?

S: Utmaningar kring att utveckla komplex termomekanisk bearbetning för att uppnå tillräcklig duktilitet/tålighet och kontrollera exakt stökiometri har begränsat en mer utbredd strukturell användning. Kostnaderna är också högre än för konkurrerande legeringar.

F: Vad är skillnaden mellan nickel och nickelaluminid?

S: Ren nickel är en metall medan nickelaluminid är en intermetallisk förening. Nickel är hårdare men svagare vid höga temperaturer. Nickelaluminid har utmärkt hållfasthet vid förhöjd temperatur, hårdhet och miljötålighet.

Slutsats

Med sitt attraktiva förhållande mellan kapacitet vid höga temperaturer och vikt möjliggör nickelaluminid lättare komponenter med högre prestanda i krävande applikationer inom flyg-, fordons-, energi- och industrisektorerna.

Även om nickelaluminid är dyrare och mer utmanande att tillverka än traditionella legeringar, utökas användningsområdet för nickelaluminid genom fortsatt forskning och utveckling - vilket gör det möjligt för ingenjörer att tänja på gränserna i nästa generations motorer, flygplansskrov, kraftverk och processer.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser