Základní vlastnosti a výhody prášků na bázi niklu
Kovové prášky na bázi niklu jsou v moderním strojírenství nepostradatelné díky své výjimečné schopnosti zachovat strukturální integritu za extrémních podmínek. Na rozdíl od standardních ocelových prášků nabízejí slitiny na bázi niklu jedinečnou kombinaci pevnosti při vysokých teplotách, vynikající odolnosti proti tepelné únavě a vynikající odolnosti proti oxidaci. Tyto prášky jsou často legovány prvky, jako je chrom, molybden, wolfram a hliník, aby se zlepšily specifické vlastnosti, jako je odolnost proti tečení nebo lokální ochrana proti korozi. Jejich všestranná povaha jim umožňuje spolehlivě fungovat v prostředích, kde teploty často překračují 600 °C, což z nich činí materiál volby pro aplikace „superslitiny“.
Jedním z definujících rysů těchto prášků je jejich plošně centrovaná kubická (FCC) krystalová struktura, která zůstává stabilní od kryogenních teplot až do bodu tání. Tato stabilita zabraňuje fázovým přeměnám, které by mohly vést ke křehkosti nebo rozměrové nestabilitě během tepelného cyklování. Kromě toho vysoká tolerance niklu vůči legujícím prvkům umožňuje vytváření složitých mikrostruktur, jako je precipitátová fáze gama-primer (γ'), která výrazně zvyšuje mechanickou pevnost tím, že brání dislokačnímu pohybu v kovové matrici.
Běžně používané skupiny slitin na bázi niklu
Výběr a kovový prášek na bázi niklu silně závisí na zamýšlených environmentálních stresorech. Níže je uvedeno srovnání nejrozšířenějších rodin slitin používaných v práškové metalurgii a výrobě aditiv:
| Kategorie slitiny | Klíčové příklady | Primární výkonnostní rys |
| Nikl-chrom | Inconel 625, 718 | Vysoká pevnost v tahu a přetržení |
| Nikl-Molybden | Hastelloy C276, B3 | Vynikající odolnost vůči kyselinám a chemikáliím |
| Nikl-měď | Monel 400, K500 | Odolnost vůči mořské vodě a kyselině fluorovodíkové |
Inconel 718: Průmyslový standard
Inconel 718 je možná nejrozšířenější niklový prášek. Je to precipitačně tvrditelná slitina obsahující významné množství železa, niobu a molybdenu. Jeho popularita pramení z jeho vynikající svařitelnosti a odolnosti vůči praskání po svařování, díky čemuž je ideální pro laserovou fúzi v loži (LPBF) a další 3D tiskové procesy. Udržuje vysokou pevnost až do 700 °C a často se vyskytuje v turbínových kotoučích a vysokopevnostních šroubech.
Řada Hastelloy pro korozivní zpracování
Pro chemický zpracovatelský průmysl poskytují prášky Hastelloy bezkonkurenční ochranu proti agresivním médiím. Tyto prášky jsou navrženy tak, aby odolávaly důlkové korozi, koroznímu praskání a oxidační atmosféře. Běžně se používají k potahování nebo výrobě součástí pro reaktory, výměníky tepla a ventily, kde by standardní nerezové oceli rychle selhaly.
Výrobní metody a kvalita prášku
Výkon kovového prášku na bázi niklu je dán jeho morfologií, distribucí velikosti částic (PSD) a chemickou čistotou. Různé výrobní techniky poskytují prášky vhodné pro různé průmyslové aplikace:
- Atomizace plynem: Toto je nejběžnější způsob výroby vysoce kvalitních sférických prášků. Roztavená slitina niklu je dezintegrována vysokotlakým inertním plynem (typicky argonem nebo dusíkem). Výsledkem jsou vysoce kulovité částice s vynikající tekutostí, která je nezbytná pro konzistentní vrstvy ve 3D tisku.
- Proces plazmové rotující elektrody (PREP): Tato metoda produkuje prášky s nejvyšší úrovní sférické dokonalosti a minimálními keramickými inkluzemi. Často je vyhrazen pro kritické letecké aplikace, kde je primárním problémem únavová životnost.
- Rozprašování vody: I když je rozprašování vody cenově efektivnější, vytváří nepravidelné jehlicovité tvary. Tyto prášky jsou vhodnější pro tradiční metalurgii "lisování a sintrování", kde je vyžadována pevnost v surovém stavu (schopnost prášku udržet tvar před vypálením).
Klíčové průmyslové aplikace
Přijetí kovových prášků na bázi niklu způsobilo revoluci v několika odvětvích špičkových technologií tím, že umožnilo účinnější návrhy a delší životnost součástí. Přechod od hromadného obrábění k výrobě na bázi prášku umožnil vytvoření vnitřních chladicích kanálů a složitých geometrií, které dříve nebylo možné vyrobit.
Letecký a kosmický průmysl a plynové turbíny
V leteckém průmyslu se niklový prášek používá k výrobě lopatek turbín, lopatek a spalovacích komor. Tyto součásti musí odolávat odstředivým silám vysokorychlostní rotace při odstřelování spalováním paliva. Použití prášků Inconel ve 3D tisku umožňuje inženýrům konsolidovat více dílů do jediné lehké konstrukce, což snižuje hmotnost motoru a zvyšuje spotřebu paliva.
Těžba ropy a zemního plynu
Prostředí podmořských vrtů je neuvěřitelně drsné, zahrnuje vysoký tlak a vystavení kyselému plynu (H2S). Prášky na bázi niklu se používají k opláštění (překrytí) levnějších ocelových součástí ochrannou vrstvou korozivzdorné slitiny. Tato technika „laserového opláštění“ prodlužuje životnost vrtných korunek, hřídelí čerpadel a ventilů, čímž zabraňuje katastrofickým poruchám při operacích na hlubinách.
Lékařská a obnovitelná energie
I když jsou některé nikl-chromové prášky v implantátech méně běžné než titan, používají se ve specializovaných lékařských nástrojích a zubní protetice kvůli jejich odolnosti proti opotřebení. V sektoru obnovitelných zdrojů nacházejí niklové prášky svou roli v elektrárnách na koncentrovanou solární energii (CSP), kde slouží v systémech přenosu tepla, které pracují při extrémně vysokých teplotách a vytvářejí páru pro elektřinu.
