คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับผงโลหะที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก: คุณสมบัติ การผลิต และการใช้งานทางอุตสาหกรรม

ลักษณะหลักและข้อดีของผงที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก

ผงโลหะที่มีส่วนประกอบของนิกเกิลเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในงานวิศวกรรมสมัยใหม่ เนื่องจากมีความสามารถพิเศษในการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างภายใต้สภาวะที่รุนแรง โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักนั้นต่างจากผงเหล็กมาตรฐาน โดยให้การผสมผสานที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวระหว่างความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ทนต่อความล้าจากความร้อนได้ดีเยี่ยม และต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่า ผงเหล่านี้มักจะผสมกับองค์ประกอบต่างๆ เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตน และอลูมิเนียม เพื่อเพิ่มคุณสมบัติเฉพาะ เช่น ความต้านทานการคืบหรือการป้องกันการกัดกร่อนเฉพาะจุด ลักษณะที่หลากหลายช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเกิน 600°C บ่อยครั้ง ทำให้กลายเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับการใช้งาน "ซูเปอร์อัลลอย"

คุณสมบัติที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของผงเหล่านี้คือโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง (FCC) ซึ่งยังคงความเสถียรตั้งแต่อุณหภูมิแช่แข็งไปจนถึงจุดหลอมเหลว ความเสถียรนี้ป้องกันการเปลี่ยนแปลงเฟสที่อาจนำไปสู่ความเปราะบางหรือความไม่เสถียรของมิติระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน นอกจากนี้ ความทนทานสูงของนิกเกิลต่อธาตุผสมทำให้เกิดการสร้างโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อน เช่น เฟสตกตะกอนแกมมา-ไพรม์ (γ') ซึ่งเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลอย่างมีนัยสำคัญโดยขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ภายในเมทริกซ์โลหะ

กลุ่มโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้กันทั่วไป

การเลือกก ผงโลหะที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก ขึ้นอยู่กับปัจจัยสร้างความเครียดด้านสิ่งแวดล้อมที่ตั้งใจไว้อย่างมาก ด้านล่างนี้เป็นการเปรียบเทียบกลุ่มโลหะผสมที่แพร่หลายมากที่สุดที่ใช้ในโลหะวิทยาผงและการผลิตแบบเติมเนื้อ:

Inconel 718: มาตรฐานอุตสาหกรรม

Inconel 718 อาจเป็นผงนิกเกิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เป็นโลหะผสมที่สามารถตกตะกอนได้ซึ่งมีธาตุเหล็ก ไนโอเบียม และโมลิบดีนัมในปริมาณมาก ความนิยมนี้มาจากความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานต่อการแตกร้าวหลังการเชื่อม ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับ Laser Powder Bed Fusion (LPBF) และกระบวนการพิมพ์ 3D อื่นๆ รักษาความแข็งแรงสูงได้ถึง 700°C และมักพบในจานกังหันและสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง

ซีรี่ส์ Hastelloy สำหรับการประมวลผลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

สำหรับอุตสาหกรรมแปรรูปสารเคมี ผง Hastelloy ให้การป้องกันตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรงอย่างเหนือชั้น ผงเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ต้านทานการแตกเป็นรู การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น และบรรยากาศออกซิไดซ์ โดยทั่วไปจะใช้เคลือบหรือผลิตส่วนประกอบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และวาล์ว ซึ่งสเตนเลสมาตรฐานจะเสียหายอย่างรวดเร็ว

วิธีการผลิตและคุณภาพผง

ประสิทธิภาพของผงโลหะที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักจะขึ้นอยู่กับสัณฐานวิทยา การกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และความบริสุทธิ์ทางเคมี เทคนิคการผลิตที่แตกต่างกันทำให้ได้ผงที่เหมาะกับการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ:

• การทำให้เป็นอะตอมของแก๊ส: นี่เป็นวิธีการทั่วไปในการผลิตผงทรงกลมคุณภาพสูง โลหะผสมนิกเกิลที่หลอมละลายจะสลายตัวโดยก๊าซเฉื่อยแรงดันสูง (โดยทั่วไปคืออาร์กอนหรือไนโตรเจน) ซึ่งส่งผลให้อนุภาคทรงกลมสูงและมีการไหลที่ดีเยี่ยม ซึ่งจำเป็นสำหรับเลเยอร์ที่สอดคล้องกันในการพิมพ์ 3D
• กระบวนการอิเล็กโทรดหมุนด้วยพลาสมา (PREP): วิธีนี้ผลิตผงที่มีความสมบูรณ์แบบของทรงกลมในระดับสูงสุดและมีการรวมเซรามิกน้อยที่สุด มักสงวนไว้สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศที่สำคัญซึ่งชีวิตความเหนื่อยล้าเป็นปัญหาหลัก
• การทำให้เป็นละอองน้ำ: แม้ว่าการทำให้เป็นละอองน้ำจะคุ้มค่ากว่า แต่การทำให้เป็นละอองน้ำจะทำให้เกิดรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอและมีรูปทรงแหลม ผงเหล่านี้เหมาะกว่าสำหรับโลหะวิทยาแบบ "อัดและเผา" แบบดั้งเดิมที่ต้องการความแข็งแรงของสีเขียว (ความสามารถของผงในการคงรูปร่างก่อนเผา)

การใช้งานทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ

การนำผงโลหะที่มีส่วนประกอบเป็นนิกเกิลมาใช้ได้ปฏิวัติภาคส่วนเทคโนโลยีขั้นสูงหลายแห่งโดยช่วยให้สามารถออกแบบได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีอายุการใช้งานของส่วนประกอบยาวนานขึ้น การเปลี่ยนจากการตัดเฉือนจำนวนมากไปเป็นการผลิตโดยใช้ผงทำให้สามารถสร้างช่องระบายความร้อนภายในและรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถผลิตได้

การบินและอวกาศและกังหันก๊าซ

ในภาคการบินและอวกาศ ผงนิกเกิลถูกใช้เพื่อผลิตใบพัดกังหัน ใบพัด และห้องเผาไหม้ ส่วนประกอบเหล่านี้จะต้องทนทานต่อแรงเหวี่ยงจากการหมุนด้วยความเร็วสูงขณะถูกเผาไหม้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง การใช้ผง Inconel ในการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้วิศวกรสามารถรวมชิ้นส่วนหลายชิ้นให้เป็นโครงสร้างน้ำหนักเบาชิ้นเดียว ช่วยลดน้ำหนักเครื่องยนต์และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง

การสกัดน้ำมันและก๊าซ

สภาพแวดล้อมการขุดเจาะใต้ทะเลมีความรุนแรงอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดันสูงและการสัมผัสกับก๊าซเปรี้ยว (H2S) ผงที่ใช้นิกเกิลใช้สำหรับหุ้ม (ซ้อนทับ) ส่วนประกอบเหล็กราคาถูกกว่าพร้อมชั้นป้องกันของโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน เทคนิค "การหุ้มด้วยเลเซอร์" นี้ช่วยยืดอายุของดอกสว่าน เพลาปั๊ม และวาล์ว ป้องกันความล้มเหลวร้ายแรงในการปฏิบัติการใต้ทะเลลึก

การแพทย์และพลังงานทดแทน

แม้ว่าวัสดุเทียมจะพบได้น้อยกว่าไททาเนียม แต่ผงนิกเกิล-โครเมียมบางชนิดก็ถูกนำมาใช้ในเครื่องมือทางการแพทย์เฉพาะทางและทันตกรรมประดิษฐ์เนื่องจากมีความทนทานต่อการสึกหรอ ในภาคพลังงานหมุนเวียน ผงนิกเกิลกำลังมีบทบาทในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น (CSP) ซึ่งใช้ในระบบถ่ายเทความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงมากเพื่อผลิตไอน้ำสำหรับผลิตไฟฟ้า