Đặc điểm cốt lõi và ưu điểm của bột gốc niken
Bột kim loại gốc niken là không thể thiếu trong kỹ thuật hiện đại do khả năng đặc biệt của chúng trong việc duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong các điều kiện khắc nghiệt. Không giống như bột thép tiêu chuẩn, hợp kim gốc niken mang đến sự kết hợp độc đáo giữa độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống mỏi nhiệt tuyệt vời và khả năng chống oxy hóa vượt trội. Những loại bột này thường được hợp kim với các nguyên tố như crom, molypden, vonfram và nhôm để tăng cường các đặc tính cụ thể như khả năng chống rão hoặc chống ăn mòn cục bộ. Bản chất linh hoạt của chúng cho phép chúng hoạt động đáng tin cậy trong môi trường có nhiệt độ thường xuyên vượt quá 600°C, khiến chúng trở thành vật liệu được lựa chọn cho các ứng dụng "siêu hợp kim".
Một trong những đặc điểm nổi bật của các loại bột này là cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC), vẫn ổn định từ nhiệt độ đông lạnh cho đến điểm nóng chảy. Sự ổn định này ngăn chặn sự biến đổi pha có thể dẫn đến độ giòn hoặc mất ổn định kích thước trong quá trình luân nhiệt. Hơn nữa, khả năng chịu đựng cao của niken đối với các nguyên tố hợp kim cho phép tạo ra các cấu trúc vi mô phức tạp, chẳng hạn như pha kết tủa gamma-prime (γ'), làm tăng đáng kể độ bền cơ học bằng cách cản trở chuyển động lệch vị trí trong ma trận kim loại.
Nhóm hợp kim dựa trên niken thường được sử dụng
Việc lựa chọn một bột kim loại gốc niken phụ thuộc rất nhiều vào các tác nhân gây áp lực môi trường dự kiến. Dưới đây là so sánh các họ hợp kim phổ biến nhất được sử dụng trong luyện kim bột và sản xuất bồi đắp:
| Danh mục hợp kim | Ví dụ chính | Đặc điểm hiệu suất chính |
| Niken-Crôm | Inconel 625, 718 | Độ bền kéo và đứt cao |
| Niken-Molypden | Hastelloy C276, B3 | Khả năng kháng axit và hóa chất vượt trội |
| Niken-Đồng | Monel 400, K500 | Khả năng chống nước biển và axit hydrofluoric |
Inconel 718: Tiêu chuẩn ngành
Inconel 718 có lẽ là loại bột niken được sử dụng rộng rãi nhất. Nó là một hợp kim có thể làm cứng bằng kết tủa có chứa một lượng đáng kể sắt, niobi và molypden. Sự phổ biến của nó bắt nguồn từ khả năng hàn tuyệt vời và khả năng chống nứt sau hàn, khiến nó trở nên lý tưởng cho Laser Powder Bed Fusion (LPBF) và các quy trình in 3D khác. Nó duy trì cường độ cao lên tới 700°C và thường được tìm thấy trong các đĩa tuabin và bu lông cường độ cao.
Dòng Hastelloy để xử lý ăn mòn
Đối với ngành công nghiệp chế biến hóa chất, bột Hastelloy mang đến sự bảo vệ tuyệt vời chống lại các tác nhân gây hại. Những loại bột này được thiết kế để chống rỗ, nứt ăn mòn do ứng suất và không khí oxy hóa. Chúng thường được sử dụng để phủ hoặc sản xuất các bộ phận cho lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt và van mà thép không gỉ tiêu chuẩn sẽ nhanh chóng bị hỏng.
Phương pháp sản xuất và chất lượng bột
Hiệu suất của bột kim loại gốc niken được quyết định bởi hình thái, phân bố kích thước hạt (PSD) và độ tinh khiết hóa học. Các kỹ thuật sản xuất khác nhau tạo ra các loại bột phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau:
- Nguyên tử hóa khí: Đây là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất bột hình cầu chất lượng cao. Hợp kim niken nóng chảy bị phân hủy bởi khí trơ áp suất cao (thường là argon hoặc nitơ). Điều này tạo ra các hạt có hình cầu cao với khả năng chảy tuyệt vời, cần thiết cho các lớp nhất quán trong in 3D.
- Quy trình điện cực quay plasma (PREP): Phương pháp này tạo ra các loại bột có độ hoàn hảo hình cầu cao nhất và lượng tạp chất gốm tối thiểu. Nó thường được dành riêng cho các ứng dụng hàng không quan trọng trong đó tuổi thọ mỏi là mối quan tâm hàng đầu.
- Phun nước: Mặc dù tiết kiệm chi phí hơn nhưng phun nước tạo ra các hình dạng hình kim, không đều. Những loại bột này phù hợp hơn với ngành luyện kim "ép và thiêu kết" truyền thống, nơi cần có độ bền xanh (khả năng bột giữ được hình dạng trước khi nung).
Ứng dụng công nghiệp chính
Việc sử dụng bột kim loại gốc niken đã cách mạng hóa một số lĩnh vực công nghệ cao bằng cách cho phép thiết kế hiệu quả hơn và tuổi thọ linh kiện dài hơn. Quá trình chuyển đổi từ gia công số lượng lớn sang sản xuất bột đã cho phép tạo ra các kênh làm mát bên trong và các hình dạng phức tạp mà trước đây không thể sản xuất được.
Tua bin khí và hàng không vũ trụ
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, bột niken được sử dụng để sản xuất cánh tuabin, cánh gạt và buồng đốt. Các bộ phận này phải chịu được lực ly tâm quay với tốc độ cao khi bị nổ tung bởi nhiên liệu đang cháy. Việc sử dụng bột Inconel trong in 3D cho phép các kỹ sư hợp nhất nhiều bộ phận thành một cấu trúc nhẹ duy nhất, giảm trọng lượng động cơ và tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu.
Khai thác dầu khí
Môi trường khoan dưới biển cực kỳ khắc nghiệt, liên quan đến áp suất cao và tiếp xúc với khí chua (H2S). Bột gốc niken được sử dụng để phủ (phủ) các thành phần thép rẻ hơn bằng một lớp bảo vệ bằng hợp kim chống ăn mòn. Kỹ thuật "lớp phủ laser" này giúp kéo dài tuổi thọ của mũi khoan, trục bơm và van, ngăn ngừa những hỏng hóc thảm khốc khi hoạt động ở vùng biển sâu.
Năng lượng y tế và tái tạo
Mặc dù ít phổ biến hơn titan trong cấy ghép, một số loại bột niken-crom nhất định được sử dụng trong các dụng cụ y tế chuyên dụng và chân tay giả do khả năng chống mài mòn của chúng. Trong lĩnh vực tái tạo, bột niken đang có vai trò trong các nhà máy điện mặt trời tập trung (CSP), nơi chúng phục vụ trong các hệ thống truyền nhiệt hoạt động ở nhiệt độ cực cao để tạo ra hơi nước tạo ra điện.
