อธิบายผงโลหะผสมนิกเกิล: ประเภท การใช้ และวิธีการเลือกผงที่ถูกต้อง

ผงโลหะผสมนิกเกิลเป็นศูนย์กลางของกระบวนการผลิตที่มีความต้องการมากที่สุดในโลก ตั้งแต่หัวฉีดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ไอพ่นที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ไปจนถึงการเคลือบสเปรย์ความร้อนที่ทนทานต่อการสึกหรอบนกังหันอุตสาหกรรม การผสมผสานระหว่างความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และความแข็งแรงทางกลที่อุณหภูมิสูง ทำให้ไม่สามารถทดแทนได้ในการใช้งานที่เหล็กมาตรฐานหรือผงอลูมิเนียมไม่สามารถอยู่รอดได้ คู่มือนี้จะแจกแจงรายละเอียดประเภทโลหะผสมหลักๆ วิธีการผลิต ลักษณะเฉพาะของอนุภาคที่สำคัญจริงๆ และวิธีการแปรรูปใดที่ได้รับประโยชน์สูงสุดจากผงซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล

จริงๆ แล้วผงโลหะผสมนิกเกิลคืออะไร (และทำไมถึงเป็นนิกเกิล)

ผงโลหะผสมนิกเกิล เป็นผงโลหะซึ่งมีนิกเกิลทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่วไปจะมีปริมาณเกิน 30% โดยน้ำหนัก และมักจะมากกว่า 50–70% ขึ้นอยู่กับเกรดโลหะผสม นิกเกิลถูกเลือกเป็นฐานเนื่องจากคุณสมบัติหลายประการที่ไม่มีโลหะเดี่ยวใดให้พร้อมกัน ได้แก่ จุดหลอมเหลวสูงถึง 1,453°C ความสามารถในการสร้างชั้นออกไซด์ที่หนาแน่นและเสถียรที่อุณหภูมิสูง ความเหนียวที่ดีเยี่ยมแม้หลังจากผสมกับองค์ประกอบที่แข็ง และความเข้ากันได้ที่แข็งแกร่งกับองค์ประกอบโครเมียม โมลิบดีนัม โคบอลต์ และอลูมิเนียม ซึ่งผลักดันประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

องค์ประกอบการผสมแต่ละชนิดมีบทบาทเฉพาะ โครเมียม เพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน โมลิบดีนัม ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อกรดที่เป็นรูพรุนและกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ โคบอลต์ ทำให้โครงสร้างจุลภาคที่มีอุณหภูมิสูงคงตัว อลูมิเนียมและไทเทเนียม ส่งเสริมการตกตะกอนให้แข็งตัวโดยการสร้างเฟสแกมมา-ไพรม์ (γ') ซึ่งเป็นกลไกการเสริมความแข็งแกร่งที่สำคัญในซูเปอร์อัลลอยนิกเกิล ผงที่ได้นั้นไม่ได้เป็นเพียง "นิกเกิลที่มีสารพิเศษ" เท่านั้น แต่ยังเป็นระบบวัสดุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดสำหรับสภาพแวดล้อมเฉพาะและโหมดความล้มเหลว

ผงโลหะผสมนิกเกิลห้าประเภทหลัก

ผงโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลักไม่ใช่วัสดุชนิดเดียว แต่เป็นตระกูลของระบบโลหะผสมที่แตกต่างกัน โดยแต่ละระบบมีองค์ประกอบ ความแข็งแกร่ง และการใช้งานเป้าหมายของตัวเอง การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างสิ่งเหล่านี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นในการเลือกใช้วัสดุ

ผงอินโคเนล

โลหะผสมอินโคเนลเป็นผงนิกเกิลซูเปอร์อัลลอยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปแล้วปริมาณนิกเกิลจะเกิน 58% เสริมด้วยโครเมียม (14–23%) และเหล็ก โมลิบดีนัม และไนโอเบียมในปริมาณที่น้อยกว่า Inconel จึงรักษาความสมบูรณ์ทางกลที่อุณหภูมิที่โลหะส่วนใหญ่อ่อนตัวลงหรือออกซิไดซ์ Inconel 718 เป็นเกรดที่โดดเด่นในการผลิตแบบเติมเนื้อ — หัวฉีดเชื้อเพลิงของ GE Aviation ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญในการบินที่พิมพ์ 3 มิติชิ้นแรก ผลิตในผง Inconel 718 Inconel 625 เป็นเลิศในสภาพแวดล้อมทางทะเลและทางเคมี เนื่องจากมีความทนทานต่อตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง รวมถึงน้ำทะเลและสารละลายที่มีคลอไรด์

ผงอินคอลอยย์

Incoloy Alloy มีธาตุเหล็กมากกว่า Inconel อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น Incoloy 800 เป็นเหล็ก 39–46% และมีนิกเกิลเพียง 30–35% จึงคุ้มค่าสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลางถึงสูงในช่วง 600°C–1,000°C Incoloy 825 เพิ่มโมลิบดีนัมและทองแดงเพื่อให้มีความทนทานต่อกรดสูง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อุปกรณ์ในกระบวนการทางเคมี และระบบควบคุมมลพิษ ผงอินคอลอยย์มักใช้ในการเคลือบสเปรย์ความร้อนสำหรับชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิไม่ถึงสุดขีดของส่วนที่ร้อนของกังหันแก๊ส แต่ยังต้องการความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนปานกลาง

ผงโมเนล

Monel เป็นโลหะผสมนิกเกิล-ทองแดง โดยองค์ประกอบทั้งสองนี้สามารถผสมกันได้อย่างสมบูรณ์ในอัตราส่วนเท่าใดก็ได้ ทำให้เกิดโครงสร้างออสเทนนิติกแบบเฟสเดียวที่มีความเหนียวเป็นเลิศจนถึงอุณหภูมิเยือกแข็ง Monel K-500 แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลที่ยอดเยี่ยม โดยมีอัตราการกัดกร่อนต่อปีต่ำกว่า 0.03 มม. ในสภาพแวดล้อมทางทะเล ทำให้เป็นวัสดุที่นำไปใช้สำหรับเพลาปั๊มของกองทัพเรือ ท่อน้ำทะเล และตัวยึดทางทะเล แม้ว่าเหล็กกล้าไร้สนิมราคาถูกจะเข้ามาแทนที่ Monel ในการใช้งานสินค้าโภคภัณฑ์หลายชนิดหลังทศวรรษ 1950 แต่ผง Monel ยังคงเป็นตัวเลือกที่ต้องการซึ่งต้องการทั้งประสิทธิภาพการกัดกร่อนและความแข็งแรงสูงในสภาพแวดล้อมน้ำเค็ม มีราคาสูงกว่าผงสเตนเลส 316L ซึ่งเป็นข้อแลกเปลี่ยนที่เห็นได้ทั่วไปในการใช้งานทางทะเลและการป้องกันที่สำคัญ

ผงฮัสเทลลอย

ผง Hastelloy เป็นโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัมที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อให้ทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีในระดับสูงสุด Hastelloy C-276 (ประมาณ Ni-16%Mo-16%Cr-4%W) และ Hastelloy B-3 (Ni-28.5%Mo-1.5%Cr) เป็นเกรดมาตรฐานในอุตสาหกรรมแปรรูปสารเคมี ปริมาณโมลิบดีนัมเป็นคุณสมบัติที่กำหนด โดยต้านทานกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ เช่น กรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริก ที่ความเข้มข้นที่ทำลายโลหะผสมอื่นๆ การเติมทังสเตนยังปรับปรุงความต้านทานการเกิดรูพรุนในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์อีกด้วย ผง Hastelloy ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และวาล์วที่สัมผัสกับกระแสกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งความล้มเหลวของส่วนประกอบอาจเป็นอันตรายและมีราคาแพง

ผงนิทินอล

นิทินอล (นิกเกิล-ไทเทเนียม) ไม่เหมือนกับโลหะผสมอื่นๆ ในตระกูลนี้ อัตราส่วนอะตอมของนิกเกิลและไทเทเนียมที่ใกล้เคียงกันทำให้ไม่มีคุณสมบัติสองประการในโลหะโครงสร้างอื่นๆ ทั้งหมด ได้แก่ ผลการจดจำรูปร่าง (จะคืนสู่รูปร่างที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าเมื่อถูกความร้อน) และความยืดหยุ่นยิ่งยวด (จะฟื้นตัวจากการเสียรูปขนาดใหญ่อย่างยืดหยุ่นที่อุณหภูมิร่างกาย) คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ผงนิตินอลเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์ เช่น ขดลวดใส่ขดลวดหัวใจและหลอดเลือดที่ขยายตัวได้เอง ขดลวดใส่หลอดลม และลวดโค้งจัดฟัน ในรูปแบบผง นิทินอล สามารถนำไปแปรรูปได้โดยการพิมพ์ 3 มิติและโลหะผสมผง เพื่อสร้างโครงซ่อมแซมกระดูกเฉพาะผู้ป่วย และการเคลือบเครื่องมือผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด ซึ่งใช้ประโยชน์จากทั้งการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกลและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ

วิธีการผลิตผงโลหะผสมนิกเกิล

วิธีการผลิตมีผลโดยตรงต่อสัณฐานวิทยาของผง การกระจายขนาดอนุภาค ความบริสุทธิ์ และท้ายที่สุดว่าผงทำงานได้ดีเพียงใดในกระบวนการเป้าหมาย วิธีการทำให้เป็นละอองสองวิธีมีส่วนสำคัญในการผลิตผงโลหะผสมนิกเกิลในเชิงพาณิชย์

การทำให้เป็นอะตอมของแก๊ส

การทำให้เป็นอะตอมของแก๊สเป็นเส้นทางการผลิตมาตรฐานสำหรับผงโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้ในการผลิตแบบเติมเนื้อและการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) โลหะผสมจะถูกหลอมภายใต้สุญญากาศหรือบรรยากาศเฉื่อย จากนั้นจึงเทผ่านหัวฉีด ซึ่งก๊าซเฉื่อยแรงดันสูง (อาร์กอนหรือไนโตรเจน) จะทำให้กระแสที่หลอมละลายแตกออกเป็นหยดเล็กๆ ที่แข็งตัวระหว่างการบิน ผลลัพธ์ที่ได้คืออนุภาคทรงกลมสูง — โดยทั่วไปเกรดเชิงพาณิชย์จะมีความเป็นทรงกลมมากกว่า 95% — ด้วยความสามารถในการไหลที่ดีเยี่ยม ความหนาแน่นของการอัดตัวสูง (มากกว่า 4.5 กรัม/ซม.) และมีปริมาณออกซิเจนต่ำ การกระจายขนาดอนุภาคสำหรับเลเซอร์ผงเบดฟิวชั่น (LPBF) โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 15–53 µm; การสะสมพลังงานโดยตรง (DED) ใช้ผงหยาบกว่าในช่วง 45–105 µm

การทำให้เป็นละอองน้ำ

การทำให้เป็นละอองน้ำแทนที่หัวฉีดแก๊สด้วยกระแสน้ำแรงดันสูง กระบวนการนี้เร็วกว่าและราคาถูกกว่า แต่สร้างรูปร่างของอนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอและหยาบกว่าแทนที่จะเป็นทรงกลม สิ่งนี้ทำให้ผงโลหะผสมนิกเกิลที่อะตอมด้วยน้ำไม่เหมาะกับการผลิตแบบเติมเนื้อ (ซึ่งความสามารถในการไหลเป็นสิ่งสำคัญ) แต่เหมาะสำหรับการเผาผนึก การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) และการใช้งานสเปรย์ความร้อนบางประเภทที่พื้นที่ผิวของอนุภาคและการประสานเชิงกลช่วยทำให้มีความหนาแน่นมากขึ้น ผงที่ทำให้เป็นละอองน้ำมักจะมีปริมาณออกซิเจนสูงกว่าเนื่องจากลักษณะการออกซิไดซ์ของการสัมผัสกับน้ำในระหว่างการแข็งตัว

กระบวนการอิเล็กโทรดหมุนด้วยพลาสม่า (PREP)

PREP ผลิตผงทรงกลมคุณภาพสูงสุดที่มีอยู่ — อนุภาคดาวเทียมน้อยที่สุด ความพรุนต่ำมาก และการกระจายขนาดอนุภาคแน่น อิเล็กโทรดที่หมุนได้ของโลหะผสมจะถูกหลอมด้วยคบเพลิงพลาสม่า และแรงเหวี่ยงเหวี่ยงจะเหวี่ยงหยดที่หลอมละลายออกไปด้านนอกเพื่อแข็งตัวในห้องก๊าซเฉื่อย ผง PREP มีราคาระดับพรีเมียม แต่จะใช้เมื่อความพรุนภายในและข้อบกพร่องของพื้นผิวในชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้อย่างยิ่ง เช่น ในส่วนประกอบที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบินและอวกาศ

ขนาดและรูปร่างของอนุภาค: เหตุใดจึงมีความสำคัญมากกว่าที่คุณคิด

ผู้ซื้อข้อมูลจำเพาะสองรายมักมองข้ามหรือถือว่าใช้แทนกันได้ คือ การกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และสัณฐานวิทยา ไม่ใช่รายละเอียดเครื่องสำอาง โดยจะกำหนดโดยตรงว่าผงสามารถใช้ได้ในกระบวนการที่กำหนดหรือไม่ และคุณสมบัติของชิ้นส่วนจะเป็นอย่างไร

ความสามารถในการไหลเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของกระบวนการในการผลิตแบบเติมเนื้อ — ผงที่ไหลไม่ดีทำให้เกิดผงแป้งที่ไม่สม่ำเสมอและชิ้นส่วนที่ชำรุด เกณฑ์มาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการทดสอบการไหลของฮอลล์ ซึ่งผงโลหะผสมนิกเกิลเกรด AM ที่ดีจะมีอัตราการไหลได้ดีกว่า 25 วินาทีต่อ 50 กรัม อนุภาคดาวเทียม (อนุภาคขนาดเล็กที่ติดอยู่กับอนุภาคขนาดใหญ่) ลดความสามารถในการไหลลงอย่างมาก และเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพในการตรวจสอบใบรับรองการวิเคราะห์ของซัพพลายเออร์

เทคโนโลยีการประมวลผลที่ใช้ผงโลหะผสมนิกเกิล

องค์ประกอบของโลหะผสมชนิดเดียวกันสามารถผ่านกระบวนการผลิตได้หลายเส้นทาง โดยแต่ละเส้นทางผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปทรง โครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกัน การรู้ว่ากระบวนการใดที่เหมาะกับความต้องการของคุณจะเป็นตัวกำหนดวิธีระบุผง

การผลิตสารเติมแต่ง (การพิมพ์โลหะ 3 มิติ)

ฟิวชั่นผงเลเซอร์เบดและการสะสมพลังงานโดยตรงเป็นกระบวนการ AM ที่โดดเด่นสองกระบวนการสำหรับผงโลหะผสมนิกเกิล LPBF สร้างชิ้นส่วนทีละชั้นจากผงแป้ง หลอมรวมวัสดุด้วยเลเซอร์ในรูปแบบการสแกนที่แม่นยำ ใช้งานได้ดีเยี่ยมกับรูปทรงภายในที่ซับซ้อน เช่น ช่องระบายความร้อนในใบพัดกังหัน ซึ่งการตัดเฉือนแบบดั้งเดิมไม่สามารถผลิตได้ DED ฝากผงผ่านหัวฉีดโดยตรงลงในสระหลอมเหลวด้วยเลเซอร์ และใช้สำหรับการซ่อมแซมส่วนประกอบที่มีมูลค่าสูงและเพิ่มคุณสมบัติให้กับชิ้นส่วนที่มีอยู่ Inconel 718 และ Inconel 625 ถือเป็นการผลิต AM ที่ใช้นิกเกิลเป็นส่วนใหญ่ โดยทั่วไปต้องใช้ความร้อนหลังการพิมพ์เพื่อบรรเทาความเครียดที่ตกค้างและให้คุณสมบัติเชิงกลเต็มรูปแบบ — การตกผลึกใหม่ของ Inconel 718 ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 1,100°C

การกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP)

HIP ใช้อุณหภูมิสูงพร้อมกัน (900–1,200°C) และแรงดันสูง (100–200 MPa) จากก๊าซเฉื่อยเพื่อรวมผงให้เป็นส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงรูปร่างสุทธิอย่างสมบูรณ์ กระบวนการนี้กำจัดความพรุนภายใน ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัยซึ่งไม่สามารถทนต่อช่องว่างได้ เช่น จานกังหัน ส่วนประกอบภาชนะรับความดัน และตัววาล์วน้ำมันและแก๊ส ถือเป็นการใช้งานทั่วไป ชิ้นส่วน HIP ที่ทำจากผงนิกเกิลซูเปอร์อัลลอยด์มีคุณสมบัติทางกลของวัสดุที่ดัดขึ้นรูป ขณะเดียวกันก็ได้รูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถปลอมแปลงได้

การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM)

MIM ผสมผสานความยืดหยุ่นของรูปทรงของการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเข้ากับประสิทธิภาพของวัสดุที่เป็นโลหะ ผงโลหะผสมนิกเกิลละเอียด (โดยทั่วไปคือ 5–20 µm) จะถูกผสมกับสารยึดเกาะเทอร์โมพลาสติกเพื่อสร้างวัตถุดิบที่ไหลลงสู่โพรงแม่พิมพ์ที่ซับซ้อน หลังจากการขึ้นรูป สารยึดเกาะจะถูกเอาออกในขั้นตอนการแยกสาร และชิ้นส่วนจะถูกเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อหลอมอนุภาคให้เป็นโครงสร้างที่มีความหนาแน่น MIM ช่วยให้สามารถผลิตอุปกรณ์การบินและอวกาศที่ซับซ้อน ส่วนประกอบทางการแพทย์ และตัวเชื่อมต่อที่มีความแม่นยำในปริมาณสูง ซึ่งมีราคาแพงมากในการตัดเฉือนจากสต็อกแท่งทึบ

การเคลือบสเปรย์ความร้อน

กระบวนการพ่นด้วยความร้อน รวมถึงเชื้อเพลิงออกซีความเร็วสูง (HVOF) และสเปรย์พลาสม่า ใช้ผงโลหะผสมนิกเกิลเพื่อเคลือบสารเคลือบป้องกันที่ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน และอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวส่วนประกอบ ผงจะถูกให้ความร้อนจนมีสถานะหลอมเหลวหรือกึ่งหลอมเหลว และถูกขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงลงบนพื้นผิว ทำให้เกิดชั้นเคลือบที่มีความหนาแน่นและยึดเกาะได้ดี การเคลือบสเปรย์ความร้อนที่ใช้นิกเกิลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการกอบกู้ชิ้นส่วนที่สึกหรอหรือกลึงผิดพลาด ปกป้องส่วนประกอบกังหันจากการเกิดออกซิเดชัน และสร้างพื้นผิวที่มีมิติบนชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ ขนาดอนุภาคสำหรับการพ่นด้วยความร้อนโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 45–150 µm

คุณสมบัติทางกลและเคมีที่สำคัญโดยตระกูลอัลลอยด์

การเลือกผงโลหะผสมนิกเกิลที่เหมาะสมเริ่มต้นด้วยการจับคู่คุณสมบัติของโลหะผสมกับสภาพแวดล้อมการบริการ ตารางด้านล่างสรุปลักษณะการทำงานเบื้องต้นของตระกูลโลหะผสมหลักๆ

การจัดหาผงโลหะผสมนิกเกิล: สิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนตัดสินใจซื้อ

ผงโลหะผสมนิกเกิลบางชนิดที่จำหน่ายภายใต้ชื่อเกรดเดียวกันนั้นไม่เทียบเท่ากัน คุณภาพผงจะแตกต่างกันอย่างมากระหว่างผู้ผลิต และการใช้ผงนอกข้อกำหนดในกระบวนการ AM หรือ HIP ที่สำคัญอาจส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องของชิ้นส่วน คุณสมบัติไม่ผ่านการรับรอง หรือความล้มเหลวของส่วนประกอบในการให้บริการ สิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนตัดสินใจซื้อซัพพลายเออร์ประเภทผงมีดังนี้

การรับรองวิชาเคมี

ขอใบรับรองการวิเคราะห์ (CoA) สำหรับทุกชุด ตรวจสอบว่าองค์ประกอบขององค์ประกอบอยู่ภายในขีดจำกัดข้อกำหนดเฉพาะของเกรด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบต่างๆ เช่น อะลูมิเนียมและไทเทเนียมที่ควบคุมการตอบสนองของการแข็งตัวของการตกตะกอน และปริมาณออกซิเจน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความเหนียวของวัสดุในชิ้นส่วนที่ถูกเผาหรือพิมพ์ โดยทั่วไประดับออกซิเจนต่ำกว่า 200 ppm จำเป็นสำหรับการใช้งาน AM ในอวกาศ

การกระจายขนาดอนุภาค (PSD)

PSD ควรรายงานเป็นค่า D10, D50 และ D90 (เส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคที่ 10%, 50% และ 90% ของอนุภาคมีขนาดเล็กลงโดยปริมาตร) สำหรับ LPBF ช่วง D10–D90 ที่แคบ โดยมีศูนย์กลางประมาณ 15–53 µm ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแพร่กระจายของเลเยอร์ที่สม่ำเสมอ การกระจายตัวในวงกว้างด้วยอนุภาคละเอียดจำนวนมากจะเพิ่มปฏิกิริยาและอันตรายต่อสุขภาพ อนุภาคหยาบมากเกินไปทำให้เกิดการหลอมเหลวและความพรุนที่ไม่สมบูรณ์

ความสามารถในการไหลและความหนาแน่นที่เห็นได้ชัด

อัตราการไหลของฮอลล์ (วินาทีต่อ 50 ก.) และความหนาแน่นปรากฏ (ก./ซม.) เป็นตัวแทนที่รวดเร็วสำหรับความสามารถในการแปรรูป ผงที่ไม่ผ่านการทดสอบการไหลของฮอลล์ (ไม่มีการไหลหรือการไหลมากกว่า 50 วินาที/50ก. สำหรับการใช้งาน AM) จะทำให้เกิดปัญหาในระบบการแพร่กระจายของผง ความหนาแน่นปรากฏสูงสัมพันธ์กับความเป็นทรงกลมสูงและปริมาณดาวเทียมต่ำ ทั้งคู่เป็นที่ต้องการสำหรับโครงสร้างที่มีความหนาแน่นและไม่มีข้อบกพร่อง

สัณฐานวิทยาและความพรุนภายใน

การถ่ายภาพ SEM แบบตัดขวางของผงควรแสดงอนุภาคทรงกลมที่ไม่มีรูพรุนภายในหรืออนุภาคกลวง ความพรุนภายในของผงวัตถุดิบจะถ่ายโอนโดยตรงไปยังรูพรุนในชิ้นส่วนที่พิมพ์หรือ HIPed ผงที่ทำให้เป็นอะตอมของแก๊สที่ผลิตด้วยอาร์กอนบางครั้งจะดักจับก๊าซภายในอนุภาค ซึ่งเป็นปัญหาที่ทราบกันดีอยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไทเทเนียมที่ทำให้เป็นอะตอมด้วยอาร์กอนและโลหะผสมนิกเกิลบางชนิด สอบถามซัพพลายเออร์เกี่ยวกับเปอร์เซ็นต์ความพรุนภายในหรือปริมาณก๊าซที่กักขัง

ตรวจสอบย้อนกลับและการควบคุมล็อต

สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและทางการแพทย์ การตรวจสอบย้อนกลับของผงจนถึงความร้อนหลอมเหลวและล็อตการทำให้เป็นละอองเป็นข้อกำหนดคุณสมบัติ ไม่ใช่ข้อกำหนดที่ดี การผสมผงจำนวนมากระหว่างการสร้างอาจทำให้เกิดความแตกต่างทางเคมีหรือสัณฐานวิทยาเล็กน้อยที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของชิ้นส่วน ยืนยันว่าซัพพลายเออร์ของคุณรักษาความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับในระดับแบทช์ผ่านห่วงโซ่ทั้งหมด ตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงล็อตสุดท้ายที่เป็นผง

ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและการจัดการ

ผงโลหะผสมนิกเกิล เช่นเดียวกับผงโลหะละเอียดอื่นๆ จำเป็นต้องมีข้อควรระวังเฉพาะที่เข้มงวดกว่าการจัดการกับรูปแบบโลหะแข็ง พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นของผงเมื่อเทียบกับโลหะเทกองหมายถึงการเกิดปฏิกิริยาที่มากขึ้น ความเสี่ยงในการสูดดม และศักยภาพในการเกิดเพลิงไหม้/การระเบิด

• นิกเกิลจัดอยู่ในประเภทสารก่อมะเร็งในมนุษย์ (กลุ่มที่ 1 โดย IARC) ในรูปของอนุภาค — จำเป็นต้องมีการป้องกันระบบทางเดินหายใจ (เครื่องช่วยหายใจ N95 หรือ P100 ขั้นต่ำ) ในระหว่างการจัดการ การใส่ผง และการบำรุงรักษาอุปกรณ์
• ผงโลหะละเอียดติดไฟได้ หลีกเลี่ยงแหล่งกำเนิดประกายไฟและอย่าใช้คาร์บอนไดออกไซด์หรือเครื่องดับเพลิงแบบน้ำกับไฟที่เป็นผงนิกเกิล - ใช้ทรายแห้งหรือสารดับเพลิงประเภท D
• เก็บผงไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทและมีบรรยากาศเฉื่อยให้ห่างจากความชื้น การเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวผงจะลดความสามารถในการไหลและสามารถนำการปนเปื้อนของออกซิเจนเข้าไปในชิ้นส่วนได้
• สวมถุงมือไนไตรล์หรือนีโอพรีนในระหว่างการใช้งาน - การสัมผัสกับผงนิกเกิลทางผิวหนังอาจทำให้เกิดโรคผิวหนังอักเสบจากการสัมผัสในบุคคลที่ไวต่อแสง
• จัดการและแปรรูปผงในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศดีหรือภายใต้การระบายอากาศเสียเฉพาะที่ ใช้กล่องเก็บของหน้ารถแบบปิดสำหรับกระบวนการที่ไวต่อบรรยากาศเฉื่อย
• หลีกเลี่ยงอันตรายจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) โดยการต่อสายดินอุปกรณ์โลหะและภาชนะทั้งหมดระหว่างการดำเนินการถ่ายโอนผง
• กำจัดผงที่ใช้แล้วหรือผงที่ปนเปื้อนเป็นของเสียอันตรายที่ได้รับการควบคุม ไม่ปะปนกับกระแสขยะทั่วไป

ผู้ใช้ในอุตสาหกรรมผงซูเปอร์อัลลอยด์โลหะผสมนิกเกิลส่วนใหญ่ทำงานภายใต้ขั้นตอนการจัดการผงที่มีการบันทึกไว้ซึ่งจัดการกับอันตรายเหล่านี้อย่างเป็นระบบ เมื่อประเมินเกรดผงใหม่ ให้ขอรับและตรวจสอบเอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS) จากซัพพลายเออร์เสมอก่อนที่จะเริ่มการจัดการใดๆ

การประยุกต์ใหม่และทิศทางการวิจัย

เทคโนโลยีผงโลหะผสมนิกเกิลไม่คงที่ งานวิจัยเชิงรุกหลายแห่งกำลังขยายความเป็นไปได้ด้วยวัสดุผงที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก ทั้งในแง่ขององค์ประกอบของโลหะผสมใหม่และวิธีการแปรรูปแบบใหม่

ผงโลหะผสมนิกเกิลนาโนคริสตัลไลน์ซึ่งมีขนาดเกรนต่ำกว่า 100 นาโนเมตร กำลังได้รับการตรวจสอบสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแข็งสูงและทนต่อความล้า เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคที่ดีต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าขนาดเกรนทั่วไป วัสดุเกรดตามหน้าที่ซึ่งองค์ประกอบของผงมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องผ่านหน้าตัดของชิ้นส่วน ช่วยให้ส่วนประกอบมีพื้นผิวแข็งที่ทนทานต่อการสึกหรอและมีแกนกลางที่เหนียวและเหนียวซึ่งผลิตในโครงสร้าง AM เดียว คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะที่เสริมโลหะผสมนิกเกิลด้วยอนุภาคคาร์ไบด์หรือเซรามิกมีแนวโน้มที่ดีในการตัดเม็ดมีดเครื่องมือและแผ่นสึกหรอที่รวมความต้านทานการกัดกร่อนของซูเปอร์อัลลอยนิกเกิลเข้ากับความแข็งของการเสริมแรงเซรามิก ในภาคพลังงาน ผงโลหะผสมนิกเกิล-อลูมิเนียม-โมลิบดีนัมกำลังได้รับการพัฒนาเพื่อใช้เป็นสารเคลือบด้วยความร้อนสำหรับอิเล็กโทรไลซิสไฮโดรเจน โดยใช้ประโยชน์จากกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูงที่สร้างขึ้นโดยการควบคุมความพรุนของพื้นผิวในสารเคลือบ