Никелевые сплавы приобретают всё большее значение в 3D-печати благодаря своей термической и механической прочности, а также устойчивости к коррозии. Эти качества делают их идеальным выбором для производства высокопроизводительных компонентов в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, медицинская и нефтегазовая. Их способность выдерживать экстремальные условия, а также совместимость с аддитивным производством позволяют создавать сложные, узкоспециализированные детали. В этом руководстве мы рассмотрим свойства никелевых сплавов, их преимущества при 3D-печати, основные области применения и ведущих производителей в этой отрасли.
Свойства материала
Сплавы никеля, используемые в производстве, получают из никелевой руды. Этот материал встречается в природе в таких рудах, как пентландит, лимонит и гарньерит, и добывается в ходе крупномасштабных горных работ. После добычи руда проходит несколько этапов очистки, в результате чего получается никель высокой чистоты, который служит основой для создания специальных сплавов.
Некоторые из самых известных в промышленности сплавов названы в честь компаний, которые их запатентовали. Среди наиболее распространённых:
- Inconel®— это семейство жаропрочных сплавов на основе никеля и хрома, известных своей превосходной устойчивостью к коррозии и высоким температурам. Наиболее распространёнными марками являются Inconel 625 и Inconel 718, которые отличаются в основном составом. Inconel 625 содержит около 58% никеля, а также большое количество хрома, молибдена и ниобия. Inconel 718 имеет аналогичную никелевую основу, но содержит больше железа, меньше молибдена и значительное количество ниобия, алюминия и титана.
- Hastelloy®— сплав, состоящий из кобальта, хрома, никеля и молибдена, обладающий исключительной коррозионной стойкостью в кислотных и химических средах. Hastelloy X — это аустенитный сплав с небольшим содержанием кобальта, молибдена и вольфрама. Он обладает превосходной стойкостью к окислению при высоких температурах, что делает его идеальным для использования в реактивных двигателях и промышленных печах.
- HAYNES®— семейство жаропрочных сплавов на основе никеля, разработанных компанией Haynes International, специализирующейся на производстве высокоэффективных материалов для экстремальных условий эксплуатации. К популярным маркам относятся 230, 282 и 214, которые известны своей высокой термостойкостью и структурной стабильностью.
Другие порошки
Помимо этих трёх, существуют и другие известные сплавы, такие как монель (никель-медь), ковай (никель-железо-кобальт) и инвар (никель-железо, обычно с содержанием никеля 36%). Все они обладают высокой устойчивостью к коррозии в сложных условиях, что делает их идеальными для применения в судостроении, аэрокосмической отрасли, а также для производства электронных и магнитных компонентов.
3D-печать с использованием никелевых сплавов
Для использования в 3D-печати никель сначала необходимо преобразовать в высококачественный металлический порошок. Обычно это делается с помощью методов распыления, наиболее распространёнными из которых являются газовое и плазменное распыление. После получения порошка его сортируют и подготавливают. Благодаря этим передовым технологиям порошковые сплавы никеля соответствуют строгим стандартам, предъявляемым в самых требовательных отраслях.
3D-печать никелевыми сплавами в основном осуществляется с использованием технологий аддитивного производства металлов на основе порошка. Наиболее широко используемые методы включают лазерную наплавку порошкового слоя (LPBF), электронно-лучевую плавку (EBM) и направленное энергетическое осаждение (DED). Каждый из этих процессов требует тщательной оптимизации таких параметров, как мощность лазера или электронного луча, скорость сканирования и толщина слоя, чтобы обеспечить желаемое качество и свойства материала готовых деталей.
Преимущества и ограничения
Эти сплавы в сочетании с аддитивным производством обладают многочисленными преимуществами. Благодаря высокой термостойкости они сохраняют структурную целостность даже при температуре выше 700°C. В то же время, как мы знаем, 3D-печать обеспечивает значительную гибкость проектирования, позволяя создавать сложные оптимизированные геометрические формы, которые было бы трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов производства. В результате можно производить более эффективные и лёгкие детали, что является важным фактором для многих отраслей, таких как аэрокосмическая и автомобильная промышленность.
Однако у никелевых сплавов есть и определённые недостатки. Один из главных минусов — высокая стоимость. Цена порошка из никелевого сплава может значительно увеличить производственные расходы и стать препятствием для выхода на рынок. Кроме того, напечатанные детали обычно требуют последующей обработки, такой как термообработка и механическая обработка, что может увеличить сроки производства. Работа с мелкодисперсными металлическими порошками также сопряжена с рисками для здоровья и безопасности и требует строгого контроля и использования соответствующих средств защиты.
Ключевые области Применения
Благодаря своим замечательным свойствам никелевые сплавы в 3D-печати используются в различных отраслях.
- В аэрокосмической отрасли они применяются для изготовления компонентов двигателей, таких как лопатки турбин и камеры сгорания, — деталей, которые должны выдерживать высокие температуры и механические нагрузки.
- В автомобильной промышленности они используются для изготовления высокопроизводительных деталей, таких как турбокомпрессоры и выхлопные системы, благодаря своей термостойкости и устойчивости к коррозии.
- В нефтегазовой промышленности они используются для изготовления компонентов бурового и перерабатывающего оборудования, предназначенного для работы в условиях высокой коррозионной активности и при повышенных температурах. Кроме того, многие другие отрасли уже используют никелевые сплавы в 3D-печати.
