Základné charakteristiky a výhody práškov na báze niklu
Kovové prášky na báze niklu sú nevyhnutné v modernom strojárstve vďaka ich výnimočnej schopnosti zachovať štrukturálnu integritu v extrémnych podmienkach. Na rozdiel od štandardných práškov z ocele ponúkajú zliatiny na báze niklu jedinečnú kombináciu pevnosti pri vysokých teplotách, vynikajúcej odolnosti proti tepelnej únave a vynikajúcej odolnosti voči oxidácii. Tieto prášky sú často legované prvkami, ako je chróm, molybdén, volfrám a hliník, aby sa zlepšili špecifické vlastnosti, ako je odolnosť proti tečeniu alebo lokalizovaná ochrana proti korózii. Ich všestranný charakter im umožňuje spoľahlivo fungovať v prostrediach, kde teploty často prekračujú 600 °C, čo z nich robí materiál voľby pre aplikácie „superzliatiny“.
Jednou z definujúcich čŕt týchto práškov je ich plošne centrovaná kubická (FCC) kryštálová štruktúra, ktorá zostáva stabilná od kryogénnych teplôt až po bod topenia. Táto stabilita zabraňuje fázovým transformáciám, ktoré by mohli viesť ku krehkosti alebo rozmerovej nestabilite počas tepelných cyklov. Okrem toho vysoká tolerancia niklu voči legujúcim prvkom umožňuje vytváranie zložitých mikroštruktúr, ako je precipitátová fáza gama-primer (γ'), ktorá výrazne zvyšuje mechanickú pevnosť tým, že bráni pohybu dislokácie v kovovej matrici.
Bežne používané skupiny zliatin na báze niklu
Výber a kovový prášok na báze niklu silne závisí od zamýšľaných environmentálnych stresorov. Nižšie je uvedené porovnanie najrozšírenejších rodín zliatin používaných v práškovej metalurgii a výrobe aditív:
| Kategória zliatiny | Kľúčové príklady | Primárna výkonnostná vlastnosť |
| Nikel-Chróm | Inconel 625, 718 | Vysoká pevnosť v ťahu a pri pretrhnutí |
| Nikel-Molybdén | Hastelloy C276, B3 | Vynikajúca odolnosť voči kyselinám a chemikáliám |
| Nikel-Meď | Monel 400, K500 | Odolnosť voči morskej vode a kyseline fluorovodíkovej |
Inconel 718: Priemyselný štandard
Inconel 718 je možno najpoužívanejší niklový prášok. Je to zliatina vytvrditeľná precipitáciou obsahujúca značné množstvo železa, nióbu a molybdénu. Jeho popularita pramení z jeho vynikajúcej zvárateľnosti a odolnosti voči praskaniu po zváraní, vďaka čomu je ideálny pre laserovú fúziu v prášku (LPBF) a iné 3D tlačové procesy. Udržiava si vysokú pevnosť až do 700 °C a často sa vyskytuje v kotúčoch turbín a vysokopevnostných skrutkách.
Séria Hastelloy pre korozívne spracovanie
Pre chemický spracovateľský priemysel poskytujú prášky Hastelloy bezkonkurenčnú ochranu proti agresívnym médiám. Tieto prášky sú navrhnuté tak, aby odolávali jamkovej korózii, praskaniu spôsobenému koróziou a oxidačným atmosférám. Bežne sa používajú na poťahovanie alebo výrobu komponentov pre reaktory, výmenníky tepla a ventily, kde by štandardné nehrdzavejúce ocele rýchlo zlyhali.
Výrobné metódy a kvalita prášku
Výkon kovového prášku na báze niklu je určený jeho morfológiou, distribúciou veľkosti častíc (PSD) a chemickou čistotou. Rôzne výrobné techniky poskytujú prášky vhodné pre rôzne priemyselné aplikácie:
- Atomizácia plynu: Toto je najbežnejšia metóda na výrobu vysokokvalitných sférických práškov. Roztavená zliatina niklu je dezintegrovaná vysokotlakovým inertným plynom (typicky argónom alebo dusíkom). Výsledkom sú vysoko sférické častice s vynikajúcou tekutosťou, ktorá je nevyhnutná pre konzistentné vrstvy v 3D tlači.
- Proces plazmovej rotačnej elektródy (PREP): Táto metóda produkuje prášky s najvyššou úrovňou sférickej dokonalosti a minimálnymi keramickými inklúziami. Často je vyhradený pre kritické letecké aplikácie, kde je hlavným problémom únavová životnosť.
- Atomizácia vody: Aj keď je atomizácia vody nákladovo efektívnejšia, vytvára nepravidelné ihlicovité tvary. Tieto prášky sú vhodnejšie pre tradičnú metalurgiu "lis a spekanie", kde sa vyžaduje sila v surovom stave (schopnosť prášku udržať svoj tvar pred vypálením).
Kľúčové priemyselné aplikácie
Prijatie kovových práškov na báze niklu spôsobilo revolúciu v niekoľkých high-tech sektoroch tým, že umožnilo efektívnejšie návrhy a dlhšiu životnosť komponentov. Prechod od hromadného obrábania k výrobe na báze prášku umožnil vytvorenie vnútorných chladiacich kanálov a zložitých geometrií, ktoré sa predtým nedali vyrobiť.
Letectvo a plynové turbíny
V leteckom a kozmickom sektore sa niklový prášok používa na výrobu lopatiek turbín, lopatiek a spaľovacích komôr. Tieto komponenty musia odolať odstredivým silám vysokorýchlostnej rotácie pri výbuchu horiaceho paliva. Použitie práškov Inconel v 3D tlači umožňuje inžinierom konsolidovať viacero častí do jednej ľahkej konštrukcie, čím sa znižuje hmotnosť motora a zvyšuje sa spotreba paliva.
Ťažba ropy a zemného plynu
Prostredie podmorských vrtov je neuveriteľne drsné, zahŕňa vysoký tlak a vystavenie kyslému plynu (H2S). Prášky na báze niklu sa používajú na opláštenie (prekrytie) lacnejších oceľových komponentov ochrannou vrstvou zo zliatiny odolnej voči korózii. Táto technika „laserového opláštenia“ predlžuje životnosť vrtných koruniek, hriadeľov čerpadiel a ventilov, čím zabraňuje katastrofickým poruchám pri operáciách na hlbokom mori.
Lekárska a obnoviteľná energia
Aj keď sú niektoré niklovo-chrómové prášky v implantátoch menej bežné ako titán, používajú sa v špecializovaných lekárskych nástrojoch a dentálnej protetike kvôli ich odolnosti voči opotrebovaniu. V sektore obnoviteľných zdrojov nachádzajú niklové prášky svoju úlohu v zariadeniach na výrobu koncentrovanej solárnej energie (CSP), kde slúžia v systémoch prenosu tepla, ktoré fungujú pri extrémne vysokých teplotách na výrobu pary na elektrinu.
