Poeder van nikkellegering verwijst naar poedermetallurgievormen van verschillende nikkellegeringen. Deze poeders kunnen worden verwerkt tot afgewerkte onderdelen met poederconsolidatietechnieken zoals heet isostatisch persen en metaalspuitgieten. Poeders van nikkellegeringen hebben een hoge sterkte, corrosiebestendigheid, prestaties bij hoge temperaturen en andere gespecialiseerde eigenschappen.
Soorten poeders van nikkellegering
Nikkellegeringen zijn complexe materialen met precieze samenstellingen die op maat zijn gemaakt om bepaalde eigenschappen te verkrijgen. De meest voorkomende poedertypes van nikkellegeringen zijn:
| Legering | Nikkel inhoud | Andere legeringen | Belangrijkste eigenschappen |
|---|---|---|---|
| Superlegeringen op basis van nikkel | Meer dan 50% | Chroom, kobalt, molybdeen, wolfraam, aluminium, titanium | Hoge sterkte bij hoge temperaturen, corrosiebestendigheid, oxidatiebestendigheid |
| Roestvrij staal | 8-32% | IJzer, chroom, molybdeen | Corrosiebestendigheid, sterkte bij hoge temperaturen |
| Legeringen met lage expansie | 36-50% | IJzer, chroom, kobalt | Extreem lage thermische uitzetting |
| Magnetische legeringen | Tot 79% | IJzer, molybdeen | Hoge permeabiliteit en verzadigingsmagnetisatie |
| Weerstand Legeringen | 10-30% | Chroom, aluminium, koper | Hoge elektrische weerstand |
Poeders van nikkellegeringen omvatten een breed scala aan samenstellingsvarianten, afhankelijk van de gewenste materiaaleigenschappen. Het op maat maken van de microstructuur is cruciaal.
Productiemethoden voor Nikkellegeringspoeders
Verschillende technieken kunnen nikkellegeringspoeder voor industrieel gebruik produceren:
- Verneveling - Gesmolten legeringen stroomden in een gasstroom onder hoge druk en stolden snel tot poeder
- Elektrolyse - Waterig elektrolytisch proces om direct poeders uit plaat te verkrijgen
- Carbonylproces - Blootstelling aan koolmonoxidegas bij lage temperaturen/druk
Verstuiving is de meest gebruikte methode, die hogere volumes en goedkopere productiekosten mogelijk maakt. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de voor- en nadelen van elke productieroute voor nikkellegeringen in poedervorm:
| Methode | Voordelen | Nadelen |
|---|---|---|
| Verneveling | Hogere output, lagere kosten | Minder controle over de poedermorfologie |
| Elektrolyse | Goede chemische homogeniteit | Trage productiesnelheid |
| Carbonyl | Ultra hoge zuiverheid | Beperkte legeringen, lagere dichtheid |
Controle over de verdeling van de deeltjesgrootte, morfologie, oxidegehalte en microzuiverheid zijn ook belangrijke kwaliteitsoverwegingen tijdens de productie.
Het Poeder van de nikkellegering Samenstelling
Zoals eerder beschreven bevatten nikkellegeringen nikkel plus verschillende andere elementen om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Hier zijn enkele typische samenstellingen:
Nikkel-superlegeringen
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Nikkel | 50-80% |
| Chroom | 10-25% |
| Aluminium | 0-6% |
| Titanium | 0-5% |
| Kobalt | 0-15% |
| Molybdeen | 0-12% |
| Wolfraam | 0-12% |
| Ijzer | 0-10% |
Roestvrij staalpoeders
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Nikkel | 8-32% |
| Chroom | 11-27% |
| Molybdeen | 0-6% |
| Mangaan | 0-2% |
| Silicium | 0-1% |
| Stikstof | 0-0.25% |
| Ijzer | Evenwicht |
Legeringen met lage expansie
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Nikkel | 34-38% |
| Ijzer | 39-41% |
| Chroom | 19-23% |
| Kobalt | 12-15% |
De gewichtspercentages kunnen behoorlijk variëren, zelfs binnen dezelfde legeringsfamilie, om versies te maken met specifieke eigenschappen.
Kenmerken van poeders van nikkellegering
De belangrijkste kenmerken van nikkellegeringspoeders zijn onder andere:
- Deeltjesgrootte: Gewoonlijk 10 - 45 micron
- Morfologie: Bolvormen, satellietvormen, onregelmatige vormen
- Schijnbare dichtheid: Tot 65% dichtheid van de bulklegering
- Vloeibaarheid: Effecten vormvullend gedrag
- Oxidegehalte: Beïnvloedt consolidatie en eigenschappen
- Microreinheid: Aanwezigheid van holten, scheuren of insluitingen
Het beheersen van deze poederkenmerken door een geoptimaliseerde productie is essentieel voor consistentie in downstream poederverwerkingsmethoden.
Toepassingen van Nikkellegeringspoeders
Poeders van nikkellegeringen worden gebruikt in industrieën waar hoogwaardige materialen met gespecialiseerde eigenschappen nodig zijn:
Nikkel-superlegeringen
- Turbinebladen
- Raketmotor verbrandingskamers
- Kernreactor
- Chemische verwerkingsapparatuur
Roestvrij staalpoeders
- Pompen en kleppen
- Mariene componenten
- Apparatuur voor voedselverwerking
- Chirurgische instrumenten
- Mengapparatuur
Legeringen met lage expansie
- Precisie-instrumenten
- Optische spiegels en bevestigingen
- Elektronica verpakking
- Ruimtevaart composieten
Magnetische legeringen
- Magneetkernen
- Magnetische sensoren
- Actuators
- Elektrische motoren
Weerstand Legeringen
- Verwarmingselementen
- Weerstanden
- Thermokoppels
- Batterijcomponenten
Poeders van nikkellegeringen maken kleine, complexe componenten mogelijk met superieure eigenschappen in vergelijking met gesmede vormen.
Consolidatiemethoden voor nikkellegeringpoeder
Gangbare technieken om poeders van nikkellegeringen te consolideren tot vaste onderdelen zijn onder andere:
- Metaalspuitgieten (MIM): Bindmiddel gemengd met poeder, gegoten, daarna ontzwaveld en gesinterd
- Heet isostatisch persen (HIP): Hoge hitte en isostatische druk toepassen om poeder te verdichten
- Additieve productie: 3D printtechnieken zoals binder jetting en directed energy deposition
MIM levert grote volumes kleine, complexe geometrieën tegen lage kosten. HIP biedt bijna volledige dichtheid en netto vormresultaten. Additieve technieken bieden de meeste ontwerpvrijheid.
Elk consolidatieproces heeft zijn eigen reeks aanbevolen poedereigenschappen voor optimale resultaten:
| Proces | Ideale deeltjesgrootte | Morfologie | Schijnbare dichtheid |
|---|---|---|---|
| Metaal spuitgieten | 10-20 micron | Bolvormig | Meer dan 50% |
| Heet isostatisch persen | 15-45 micron | Onregelmatig | Meer dan 40% |
| Additieve productie | 15-45 micron | Bolvormig | Meer dan 40% |
Specificaties voor nikkellegeringpoeder
Poeders van nikkellegeringen van industriële kwaliteit moeten voldoen aan samenstellingslimieten en kwaliteitsmaatstaven volgens verschillende internationale specificaties:
| Standaard | Beschrijving |
|---|---|
| ASTM B168 | Niet-gelegeerd nikkel poeder kwaliteiten |
| AMS 2249 | Nikkellegering poeder kwaliteiten |
| ISO 4490 | Gas verstoven poeders |
| ASTM B214 | Classificatiesysteem |
| ISO 22068 | Specificaties voor MIM-poeders |
Deze standaarden helpen bij het definiëren van limieten voor de chemische samenstelling, aanvaardbare niveaus van onzuiverheden/insluitsels, verwachtingen voor de deeltjesgrootteverdeling, schijnbare dichtheidsbereiken en andere kritieke parameters die de prestaties aanzienlijk beïnvloeden.
Leveranciers van nikkellegeringpoeder
Toonaangevende wereldwijde leveranciers van verschillende nikkellegeringspoeders zijn onder andere:
| Bedrijf | Belangrijkste producten | Productiecapaciteit | Prijzen |
|---|---|---|---|
| VDM Metaal | Nikkel superlegeringen, legeringen met lage expansie | 10.000 ton per jaar | $50+ per kg |
| Sandvik Visarend | Roestvrij staal, maragingstaal | 15.000 ton per jaar | $12-$40 per kg |
| Hoganas | Roestvrij staal, magnetische legeringen | 25.000 ton per jaar | $5-$25 per kg |
| AMETEK | Weerstandsverhittingslegeringen | 7.000 ton per jaar | $30-$100 per kg |
| CNPC-poeder | Nikkel-superlegeringen | 5.000 ton per jaar | $150+ per kg |
De prijzen variëren op basis van de complexiteit van de legering, de poedereigenschappen, de gebruikte productiemethode, de aanpassingsbehoeften en de marktvraag/capaciteit.
Voordelen van nikkellegeringpoeder
De belangrijkste voordelen van het gebruik van poeders van nikkellegeringen in plaats van smeedproducten:
- Kleine, complexe componentgeometrie produceren
- Bijna-netvorm met minimale verspilling
- Fijne microstructuren door snel stollen
- Componenten met superieure eigenschappen
- Maakt economisch gebruik van dure materialen mogelijk
- Vereenvoudigt het verwerken van moeilijk te bewerken legeringen
- Onderdelen kunnen in massa worden geproduceerd
- Consolidatiemethoden
Poedermetallurgietechnieken maken ontwerpen mogelijk die anders niet te maken zouden zijn.
Beperkingen van poeders van nikkellegering
Enkele nadelen van nikkellegeringspoeders:
- Poederproductiemethoden kunnen veel energie en hulpbronnen vergen
- Geconsolideerde eigenschappen afhankelijk van meerdere poederkenmerken
- Lagere taaiheid en breuktaaiheid in vergelijking met smeedvormen
- Beperkte maten/volumes in vergelijking met gegoten/gesmeedde methoden
- Nabewerking kan nodig zijn om de uiteindelijke specificaties van het onderdeel te bereiken
- Poreusheid in afgewerkte onderdelen bij onjuiste consolidatie
- Vereist gespecialiseerde apparatuur en deskundige behandeling
De unieke eigenschappen en geometrische flexibiliteit van nikkellegeringspoeders maken ze echter tot een onmisbaar geavanceerd materiaal in veel technologiesectoren.
Nikkellegering poederonderzoek
Lopend onderzoek is gericht op het uitbreiden van de mogelijkheden en nieuwe toepassingen met nikkellegeringspoeders:
- Ontwikkeling van legeringen - Nieuwe samenstellingen voor verbeterde sterkte bij hoge temperaturen, slijtvastheid, enz.
- Nieuwe consolidatiemethoden - microgolfsintering, plasmadichtheid, enz. voor snellere verwerking
- Nanokristallijne poeders - Voor uiterst fijne microstructuren en geavanceerde eigenschappen
- Functioneel gesorteerde materialen - Gesorteerde samenstelling/structuren binnen componenten
- Metaalmatrixcomposieten - Versterking van nikkellegeringen met carbiden/keramiek
- Topologieoptimalisatie - organische, bionische vormen genereren met AM-technieken
Er zijn uitgebreide mogelijkheden om grenzen te verleggen en baanbrekende poedertechnologieën voor nikkellegeringen te ontwikkelen via interdisciplinaire O&O. Overheidsinstanties zoals de EU en de VS hebben speciale financieringsregelingen geïntroduceerd om de ontwikkeling van innovatiecentra voor poedermetallurgie te versnellen.
Nikkellegering poeder component ontwerp
Er zijn verschillende ontwerpoverwegingen van toepassing bij het gebruik van nikkellegeringspoeders voor de productie van componenten voor eindgebruik:
Algemene ontwerprichtlijnen
- Wanddikte optimaliseren en dramatische veranderingen vermijden
- Inclusief filets in scherpe hoeken
- Minimaliseer hoge, geïsoleerde elementen
- Controleer de minimale trekhoek voor het geselecteerde proces
- Volg de aanbevolen geometrieën van de consolidatiemethode
- Houd rekening met nabewerkingsstappen in afmetingen
MIM-specifiek advies
- Houd de totale lengte onder 50 mm
- Gebruik consistente wanddiktes
- Inclusief vulkoppen en hotrunner-gates
- Kijk uit voor slijtage van stalen gereedschap met schuurpoeders
AM-specifieke tips
- Geen geometrische beperkingen! Leef je uit.
- Gebruik rasterstructuren en organische vormen
- Denk aan de vereisten voor de ondersteuningsstructuur
Het ontwerp van onderdelen moet rekening houden met de eigenaardigheden van poederconsolidatietechnieken en met de beoogde functionaliteit.
Veiligheidsmaatregelen voor Nikkellegeringspoeders
Het hanteren van nikkellegeringspoeders vereist bepaalde voorzorgsmaatregelen:
- Gebruik de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) - handschoenen, ademhalingsapparatuur, veiligheidsbril indien nodig
- Zorg voor voldoende ventilatie en stofopvang
- Voorkom blootstelling aan poeder tijdens consolidatie
- Volg de brandbaarheidsclassificatie - sommige poeders zijn pyrofoor
- Houd gemorste vloeistof onmiddellijk tegen met de juiste opruimmethoden
- Afvoeren volgens de plaatselijke milieuvoorschriften
Alle productie- of onderzoeksactiviteiten met nikkellegeringspoeder moeten uitgebreide risicobeoordelingen omvatten en alle noodzakelijke systemen omvatten om de gezondheids-, explosie- en milieurisico's op de juiste manier te beperken. Het personeel moet voldoende worden opgeleid voor veilige hanteringsprocedures.
FAQ
V: Welke korrelgrootte nikkellegering poeder is het beste voor additieve productie?
A: Sferische poeders van 15-45 micron werken goed voor de meeste AM-methoden om een balans te vinden tussen smeerbaarheid, stroombaarheid en consolidatie met hoge dichtheid. Fijnere poeders van 10-25 micron kunnen fijnere kenmerken oplossen als het specifieke AM-proces dat toelaat.
V: Waarom metaalspuitgieten kiezen voor productie met poeders van nikkellegeringen?
A: Met MIM kunnen complexe componenten in grote volumes worden geproduceerd met een goede maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. De inherente eigenschappen van de legering blijven goed behouden. Het proces is kosteneffectief voor kleine ingewikkelde onderdelen van nikkellegeringen.
V: Hoe worden poeders van nikkellegeringen bolvormig gemaakt?
A: Bij atomisering met inert gas wordt gebruikgemaakt van snelle stollingsprincipes door middel van soepele opbreekmechanismen van vloeistoffen gemedieerd door turbulenties in de gasstroom om grotendeels sferische poederdeeltjes te maken met goede stromingseigenschappen.
V: Wat zijn algemene toepassingen voor nikkellegeringen met een lage expansie?
A: Precisie-instrumenten, optische spiegels, elektronicaverpakking, ruimtevaartstructuren, stralingsschermen, thermische isolatieverbindingen, composieten met lage CTE-vereisten maken gebruik van nikkellegeringen met gecontroleerde expansie.
V: Waarom is vloeibaarheid een belangrijke poederkenmerken van nikkellegeringen?
A: Poeders moeten zich volledig en snel verspreiden en vloeiend in matrijsholten stromen om defecten te voorkomen. Testmethoden zoals Hall flow rate helpen bij het kwantificeren van dit gedrag dat consolidatie en eigenschappen beïnvloedt.
