Ciri-ciri Teras dan Kelebihan Serbuk Berasaskan Nikel
Serbuk logam berasaskan nikel sangat diperlukan dalam kejuruteraan moden kerana keupayaan luar biasa mereka untuk mengekalkan integriti struktur dalam keadaan yang melampau. Tidak seperti serbuk keluli standard, aloi berasaskan nikel menawarkan gabungan unik kekuatan suhu tinggi, rintangan keletihan haba yang sangat baik, dan rintangan pengoksidaan yang unggul. Serbuk ini selalunya dialoi dengan unsur seperti kromium, molibdenum, tungsten dan aluminium untuk meningkatkan sifat khusus seperti rintangan rayapan atau perlindungan kakisan setempat. Sifat serba boleh mereka membolehkan mereka berprestasi dengan pasti dalam persekitaran di mana suhu kerap melebihi 600°C, menjadikannya bahan pilihan untuk aplikasi "aloi super".
Salah satu ciri penentu serbuk ini ialah struktur hablur kubik pemusatan muka (FCC), yang kekal stabil daripada suhu kriogenik sehingga takat lebur. Kestabilan ini menghalang perubahan fasa yang boleh membawa kepada kerapuhan atau ketidakstabilan dimensi semasa kitaran haba. Tambahan pula, toleransi tinggi nikel untuk unsur mengaloi membolehkan penciptaan struktur mikro yang kompleks, seperti fasa mendakan gamma-prima (γ'), yang meningkatkan kekuatan mekanikal dengan ketara dengan menghalang pergerakan kehelan dalam matriks logam.
Kumpulan Aloi Berasaskan Nikel yang Biasa Digunakan
Pemilihan a serbuk logam berasaskan nikel bergantung kepada tekanan persekitaran yang dimaksudkan. Di bawah ialah perbandingan keluarga aloi yang paling lazim digunakan dalam metalurgi serbuk dan pembuatan bahan tambahan:
| Kategori Aloi | Contoh Utama | Ciri Prestasi Utama |
| Nikel-Kromium | Inconel 625, 718 | Kekuatan tegangan dan pecah yang tinggi |
| Nikel-Molibdenum | Hastelloy C276, B3 | Rintangan asid dan kimia yang unggul |
| Nikel-Tembaga | Monel 400, K500 | Rintangan kepada air laut dan asid hidrofluorik |
Inconel 718: Piawaian Industri
Inconel 718 mungkin merupakan serbuk nikel yang paling banyak digunakan. Ia adalah aloi boleh mengeras kerpasan yang mengandungi sejumlah besar besi, niobium, dan molibdenum. Popularitinya berpunca daripada kebolehkimpalan yang sangat baik dan ketahanannya terhadap rekahan selepas kimpalan, yang menjadikannya sesuai untuk Laser Powder Bed Fusion (LPBF) dan proses pencetakan 3D yang lain. Ia mengekalkan kekuatan tinggi sehingga 700°C dan sering ditemui dalam cakera turbin dan bolt berkekuatan tinggi.
Siri Hastelloy untuk Pemprosesan Menghakis
Untuk industri pemprosesan kimia, serbuk Hastelloy memberikan perlindungan yang tiada tandingan terhadap media yang agresif. Serbuk ini direka bentuk untuk menahan pitting, retakan kakisan tegasan, dan atmosfera pengoksidaan. Ia biasanya digunakan untuk menyalut atau mengeluarkan komponen untuk reaktor, penukar haba dan injap di mana keluli tahan karat standard akan gagal dengan cepat.
Kaedah Pengeluaran dan Kualiti Serbuk
Prestasi serbuk logam berasaskan nikel ditentukan oleh morfologi, taburan saiz zarah (PSD) dan ketulenan kimianya. Teknik pembuatan yang berbeza menghasilkan serbuk yang sesuai untuk aplikasi industri yang berbeza:
- Pengabutan Gas: Ini adalah kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan serbuk sfera berkualiti tinggi. Aloi nikel cair dihancurkan oleh gas lengai tekanan tinggi (biasanya argon atau nitrogen). Ini menghasilkan zarah yang sangat sfera dengan kebolehliliran yang sangat baik, penting untuk lapisan yang konsisten dalam percetakan 3D.
- Proses Elektrod Berputar Plasma (PREP): Kaedah ini menghasilkan serbuk dengan tahap kesempurnaan sfera tertinggi dan kemasukan seramik yang minimum. Ia sering dikhaskan untuk aplikasi aeroangkasa kritikal di mana kehidupan keletihan adalah kebimbangan utama.
- Pengabusan Air: Walaupun lebih kos efektif, pengabusan air menghasilkan bentuk acicular yang tidak teratur. Serbuk ini lebih sesuai untuk metalurgi "tekan dan sinter" tradisional di mana kekuatan hijau (keupayaan serbuk untuk menahan bentuknya sebelum menembak) diperlukan.
Aplikasi Perindustrian Utama
Penggunaan serbuk logam berasaskan nikel telah merevolusikan beberapa sektor berteknologi tinggi dengan membenarkan reka bentuk yang lebih cekap dan jangka hayat komponen yang lebih lama. Peralihan daripada pemesinan pukal kepada pembuatan berasaskan serbuk telah membolehkan penciptaan saluran penyejukan dalaman dan geometri kompleks yang sebelum ini mustahil untuk dihasilkan.
Aeroangkasa dan Turbin Gas
Dalam sektor aeroangkasa, serbuk nikel digunakan untuk mengeluarkan bilah turbin, ram, dan kebuk pembakaran. Komponen ini mesti menahan daya emparan putaran berkelajuan tinggi semasa diletupkan oleh bahan api yang terbakar. Penggunaan serbuk Inconel dalam percetakan 3D membolehkan jurutera menyatukan berbilang bahagian menjadi satu struktur ringan, mengurangkan berat enjin dan meningkatkan kecekapan bahan api.
Pengekstrakan Minyak dan Gas
Persekitaran penggerudian dasar laut adalah sangat keras, melibatkan tekanan tinggi dan pendedahan kepada gas masam (H2S). Serbuk berasaskan nikel digunakan untuk menyalut (melapisi) komponen keluli yang lebih murah dengan lapisan pelindung aloi tahan kakisan. Teknik "pelapis laser" ini memanjangkan hayat mata gerudi, aci pam dan injap, mencegah kegagalan bencana dalam operasi laut dalam.
Perubatan dan Tenaga Boleh Diperbaharui
Walaupun kurang biasa daripada titanium dalam implan, serbuk nikel-kromium tertentu digunakan dalam instrumen perubatan khusus dan prostetik pergigian kerana rintangan hausnya. Dalam sektor boleh diperbaharui, serbuk nikel mencari peranan dalam loji tenaga suria pekat (CSP), di mana ia berfungsi dalam sistem pemindahan haba yang beroperasi pada suhu yang sangat tinggi untuk menjana wap bagi tenaga elektrik.
