ニッケルベース粉末の主な特性と利点
ニッケルベースの金属粉末は、極端な条件下でも構造の完全性を維持する優れた能力があるため、現代の工学において不可欠です。標準的な鋼粉末とは異なり、ニッケルベースの合金は、高温強度、優れた熱疲労耐性、および優れた耐酸化性の独自の組み合わせを提供します。これらの粉末は、多くの場合、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの元素と合金化され、耐クリープ性や局部腐食防止などの特定の特性が強化されます。その多用途な性質により、温度が頻繁に 600°C を超える環境でも確実に機能し、「超合金」用途に最適な材料となっています。
これらの粉末の特徴の 1 つは、極低温から融点まで安定した面心立方晶 (FCC) 結晶構造です。この安定性により、熱サイクル中に脆化や寸法不安定を引き起こす可能性のある相変態が防止されます。さらに、ニッケルは合金元素に対する耐性が高いため、ガンマプライム (γ') 析出相などの複雑な微細構造の生成が可能になり、金属マトリックス内の転位の移動を妨げることにより機械的強度が大幅に向上します。
一般的に使用されるニッケル基合金グループ
の選択 ニッケル基金属粉末 意図された環境ストレス要因に大きく依存します。以下は、粉末冶金および積層造形で使用される最も一般的な合金ファミリーの比較です。
| 合金カテゴリー | 主な例 | 主なパフォーマンス特性 |
| ニッケルクロム | インコネル625、718 | 高い引張強度と破断強度 |
| ニッケルモリブデン | ハステロイ C276、B3 | 優れた耐酸性と耐薬品性 |
| ニッケル銅 | モネル400、K500 | 耐海水、耐フッ酸性 |
インコネル 718: 業界標準
インコネル 718 は、おそらく最も広く使用されているニッケル粉末です。これは、鉄、ニオブ、モリブデンを大量に含む析出硬化性合金です。その人気の理由は、優れた溶接性と溶接後の亀裂に対する耐性にあり、レーザーパウダーベッドフュージョン (LPBF) やその他の 3D プリンティングプロセスに最適です。 700℃まで高い強度を維持し、タービンディスクや高力ボルトに多く使われています。
腐食処理用ハステロイシリーズ
化学処理業界にとって、ハステロイ粉末は攻撃的な媒体に対して比類のない保護を提供します。これらの粉末は、孔食、応力腐食割れ、酸化雰囲気に耐えるように設計されています。これらは通常、標準的なステンレス鋼ではすぐに破損してしまう反応器、熱交換器、バルブなどのコンポーネントのコーティングや製造に使用されます。
製造方法と粉質
ニッケルベースの金属粉末の性能は、その形態、粒度分布 (PSD)、および化学純度によって決まります。さまざまな製造技術により、さまざまな産業用途に適した粉末が得られます。
- ガスアトマイズ法: これは、高品質の球状粉末を製造するための最も一般的な方法です。溶融したニッケル合金は、高圧の不活性ガス (通常はアルゴンまたは窒素) によって分解されます。これにより、3D プリンティングにおける一貫した層に不可欠な、優れた流動性を備えた高度に球形の粒子が得られます。
- プラズマ回転電極プロセス (PREP): この方法では、最高レベルの完全な球形と最小限のセラミック介在物を備えた粉末が生成されます。多くの場合、疲労寿命が最大の関心事である重要な航空宇宙用途に使用されます。
- 水噴霧化: 水噴霧化はコスト効率が高くなりますが、不規則な針状の形状を生成します。これらの粉末は、グリーン強度（粉末が焼成前にその形状を保持する能力）が必要とされる従来の「プレスおよび焼結」冶金に適しています。
主要な産業用途
ニッケルベースの金属粉末の採用により、より効率的な設計とコンポーネントの寿命の延長が可能になり、いくつかのハイテク分野に革命をもたらしました。バルク機械加工から粉末ベースの製造への移行により、以前は製造できなかった内部冷却チャネルや複雑な形状の作成が可能になりました。
航空宇宙およびガスタービン
航空宇宙分野では、タービンブレード、ベーン、燃焼室の製造にニッケル粉末が使用されます。これらのコンポーネントは、燃料の燃焼による爆発の際の高速回転の遠心力に耐える必要があります。 3D プリントでインコネル粉末を使用すると、エンジニアは複数の部品を単一の軽量構造に統合することができ、エンジンの重量が軽減され、燃料効率が向上します。
石油とガスの抽出
海底掘削環境は、高圧と酸性ガス (H2S) への曝露を伴い、非常に過酷です。ニッケルベースの粉末は、安価な鋼部品を耐食性合金の保護層で被覆（オーバーレイ）するために使用されます。この「レーザー クラッディング」技術により、ドリル ビット、ポンプ シャフト、バルブの寿命が延長され、深海作業における致命的な故障が防止されます。
医療と再生可能エネルギー
インプラントではチタンほど一般的ではありませんが、特定のニッケルクロム粉末は、その耐摩耗性により特殊な医療器具や歯科補綴物に使用されています。再生可能エネルギー分野では、ニッケル粉末は集光型太陽光発電 (CSP) プラントでの役割を見出しており、電気用の蒸気を生成するために極度の高温で動作する熱伝達システムとして機能します。
