الدليل النهائي للمساحيق المعدنية القائمة على النيكل: الخصائص والإنتاج والتطبيقات الصناعية

الخصائص والمزايا الأساسية للمساحيق القائمة على النيكل

لا غنى عن المساحيق المعدنية القائمة على النيكل في الهندسة الحديثة نظرًا لقدرتها الاستثنائية على الحفاظ على السلامة الهيكلية في ظل الظروف القاسية. على عكس مساحيق الفولاذ القياسية، توفر السبائك القائمة على النيكل مزيجًا فريدًا من قوة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التعب الحراري الممتازة، ومقاومة الأكسدة الفائقة. غالبًا ما يتم خلط هذه المساحيق بعناصر مثل الكروم والموليبدينوم والتنغستن والألومنيوم لتعزيز خصائص معينة مثل مقاومة الزحف أو الحماية الموضعية من التآكل. وتسمح لها طبيعتها المتنوعة بأداء موثوق في البيئات التي تتجاوز فيها درجات الحرارة في كثير من الأحيان 600 درجة مئوية، مما يجعلها المادة المفضلة لتطبيقات "السبائك الفائقة".

إحدى السمات المميزة لهذه المساحيق هي البنية البلورية المكعبة المتمحورة حول الوجه (FCC)، والتي تظل مستقرة من درجات الحرارة المبردة حتى نقطة الانصهار. يمنع هذا الاستقرار تحولات الطور التي قد تؤدي إلى هشاشة أو عدم استقرار الأبعاد أثناء التدوير الحراري. علاوة على ذلك، فإن قدرة النيكل العالية على تحمل عناصر صناعة السبائك تمكن من إنشاء هياكل مجهرية معقدة، مثل مرحلة راسب جاما الأولية (γ')، مما يزيد بشكل كبير من القوة الميكانيكية عن طريق إعاقة حركة التفكك داخل المصفوفة المعدنية.

مجموعات سبائك النيكل شائعة الاستخدام

اختيار أ مسحوق معدني قائم على النيكل يعتمد بشكل كبير على الضغوطات البيئية المقصودة. فيما يلي مقارنة بين عائلات السبائك الأكثر شيوعًا المستخدمة في تعدين المساحيق والتصنيع الإضافي:

إنكونيل 718: معيار الصناعة

ربما يكون Inconel 718 هو مسحوق النيكل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. وهي عبارة عن سبيكة قابلة للتصلب بالترسيب تحتوي على كميات كبيرة من الحديد والنيوبيوم والموليبدينوم. تنبع شعبيتها من قابليتها للحام الممتازة ومقاومتها للتشقق بعد اللحام، مما يجعلها مثالية لدمج طبقة مسحوق الليزر (LPBF) وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى. ويحافظ على قوة عالية تصل إلى 700 درجة مئوية، ويوجد بشكل متكرر في أقراص التوربينات والمسامير عالية القوة.

سلسلة Hastelloy لمعالجة التآكل

بالنسبة لصناعة المعالجة الكيميائية، توفر مساحيق Hastelloy حماية لا مثيل لها ضد الوسائط العدوانية. تم تصميم هذه المساحيق لمقاومة التنقر والتشقق الناجم عن الإجهاد والأكسدة. يتم استخدامها بشكل شائع لتغليف أو تصنيع مكونات المفاعلات والمبادلات الحرارية والصمامات حيث قد يفشل الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي بسرعة.

طرق الإنتاج وجودة المسحوق

يتم تحديد أداء مسحوق المعدن القائم على النيكل من خلال شكله وتوزيع حجم الجسيمات (PSD) والنقاء الكيميائي. تنتج تقنيات التصنيع المختلفة مساحيق مناسبة لمختلف التطبيقات الصناعية:

• ترذيذ الغاز: هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج مساحيق كروية عالية الجودة. يتم تفكك سبائك النيكل المنصهرة بواسطة غاز خامل عالي الضغط (عادةً الأرجون أو النيتروجين). وينتج عن ذلك جزيئات كروية للغاية ذات قابلية تدفق ممتازة، وهي ضرورية للطبقات المتسقة في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• عملية قطب البلازما الدوار (PREP): تنتج هذه الطريقة مساحيق ذات أعلى مستوى من الكمال الكروي مع الحد الأدنى من الشوائب الخزفية. غالبًا ما يتم تخصيصه لتطبيقات الفضاء الجوي الهامة حيث يكون عمر الكلال هو الاهتمام الأساسي.
• رذاذ الماء: على الرغم من أنه أكثر فعالية من حيث التكلفة، إلا أن رذاذ الماء ينتج أشكالًا غير منتظمة ومحددة. تعتبر هذه المساحيق أكثر ملاءمة للمعادن التقليدية "الضغط والتلبيد" حيث تكون القوة الخضراء (قدرة المسحوق على الاحتفاظ بشكله قبل إطلاق النار) مطلوبة.

التطبيقات الصناعية الرئيسية

لقد أحدث اعتماد مساحيق المعادن القائمة على النيكل ثورة في العديد من قطاعات التكنولوجيا الفائقة من خلال السماح بتصميمات أكثر كفاءة وعمر أطول للمكونات. لقد أتاح التحول من التصنيع بالجملة إلى التصنيع القائم على المسحوق إنشاء قنوات تبريد داخلية وأشكال هندسية معقدة كان من المستحيل إنتاجها في السابق.

الفضاء الجوي وتوربينات الغاز

في قطاع الطيران، تُستخدم مساحيق النيكل لتصنيع شفرات التوربينات، والدوارات، وغرف الاحتراق. يجب أن تتحمل هذه المكونات قوى الطرد المركزي للدوران عالي السرعة أثناء تفجيرها بحرق الوقود. يتيح استخدام مساحيق Inconel في الطباعة ثلاثية الأبعاد للمهندسين دمج أجزاء متعددة في هيكل واحد خفيف الوزن، مما يقلل من وزن المحرك ويزيد من كفاءة استهلاك الوقود.

استخراج النفط والغاز

تعتبر بيئات الحفر تحت سطح البحر قاسية بشكل لا يصدق، حيث تنطوي على ضغط مرتفع والتعرض للغاز الحامض (H2S). تُستخدم المساحيق القائمة على النيكل لتكسية (تغطية) المكونات الفولاذية الأرخص بطبقة واقية من السبائك المقاومة للتآكل. تعمل تقنية "الكسوة بالليزر" هذه على إطالة عمر لقم الحفر وأعمدة المضخة والصمامات، مما يمنع حدوث أعطال كارثية في العمليات في أعماق البحار.

الطبية والطاقة المتجددة

على الرغم من أنها أقل شيوعًا من التيتانيوم في عمليات الزرع، إلا أن بعض مساحيق النيكل والكروم تستخدم في الأدوات الطبية المتخصصة والأطراف الصناعية للأسنان بسبب مقاومتها للتآكل. وفي قطاع الطاقة المتجددة، تجد مساحيق النيكل أدوارا في محطات الطاقة الشمسية المركزة، حيث تعمل في أنظمة نقل الحرارة التي تعمل في درجات حرارة عالية للغاية لتوليد البخار لتوليد الكهرباء.