Niobium adalah logam tahan api dengan sifat unik seperti kekuatan suhu tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan superkonduktivitas. Serbuk Niobium memungkinkan pembuatan komponen canggih dari logam ini dengan menggunakan teknik seperti manufaktur aditif dan metalurgi serbuk.
Panduan ini memberikan gambaran rinci tentang bubuk niobium termasuk sifat-sifatnya, metode produksi, karakteristik partikel, aplikasi, keuntungan, keterbatasan, harga, dan perbandingan dengan logam alternatif.
Pengantar Bubuk Niobium
Serbuk Niobium memiliki karakteristik utama sebagai berikut:
- Terbuat dari elemen tahan api niobium (Nb)
- Titik leleh tinggi 2477°C
- Kepadatan 8,57 g/cm3
- Tersedia dalam berbagai distribusi ukuran partikel
- Terutama digunakan dalam karbida dan superalloy yang disemen
- Juga digunakan dalam elektronik, optik, dan superkonduktor
- Cocok untuk manufaktur aditif, semprotan termal, dan MIM
Sifat refraktori Niobium cocok untuk pembuatan komponen khusus berkinerja tinggi melalui jalur metalurgi serbuk.
Sifat dan Karakteristik Serbuk Niobium
Sifat Fisik
- Kepadatan: 8,57 g/cm3
- Titik leleh: 2477°C
- Resistivitas listrik: 15 μΩ-cm
- Konduktivitas termal: 53 W/m-K
- Ekspansi termal: 7,3 μm/m-K
Sifat Mekanis
- Kekuatan tarik: 550 MPa
- Kekuatan luluh: 240 MPa
- Pemanjangan: 30%
- Modulus elastisitas: 105 GPa
Sifat Suhu Tinggi
- Mempertahankan kekuatan di atas 1000°C dalam ruang hampa udara
- Transisi superkonduktor pada suhu 9,2K
- Tekanan uap rendah bahkan di dekat titik leleh
Sifat Kimia
- Ketahanan korosi yang sangat baik
- Membentuk lapisan oksida pelindung yang stabil
- Kelarutan rendah dalam paduan Fe, Ni, Cu
Metode Produksi untuk Bubuk Niobium
Teknik utama yang digunakan untuk memproduksi bubuk niobium meliputi:
- Hydriding-Dehidriding - Metode paling umum untuk membuat serbuk niobium halus
- Pengurangan Kalsium - Pengurangan Nb2O5 untuk niobium dengan kemurnian tinggi
- Peleburan Berkas Elektron - Peleburan dan atomisasi menjadi bubuk halus
- Pengurangan Karbon - Menggunakan karbon untuk mengurangi niobium pentoksida
Pengolahan Bubuk
- Degassing dalam ruang hampa untuk mengurangi kotoran
- Penggilingan dan pengkondisian untuk meningkatkan karakteristik bubuk
- Paduan dengan elemen lain seperti titanium
Mengontrol kadar oksigen dan mencapai kemurnian tinggi sangat penting selama produksi bubuk niobium.
Ukuran dan Morfologi Partikel
Distribusi Ukuran
- Berkisar dari 1 hingga 150 mikron
- Ukuran yang lebih kecil lebih disukai untuk manufaktur aditif
- Ukuran yang lebih besar digunakan untuk pelapis semprotan termal
Morfologi Partikel
- Morfologi tidak teratur dengan partikel satelit
- Pembentukan hampir bulat yang dicapai dengan pemrosesan plasma
- Laju aliran yang diukur dengan flowmeter Hall
Komposisi Kimia
- Kandungan Niobium di atas kemurnian 99,8%
- Tingkat oksigen, nitrogen, dan karbon yang rendah
- Memenuhi spesifikasi standar ASTM
Aplikasi Bubuk Niobium
Area aplikasi utama bubuk niobium meliputi:
Manufaktur Aditif
- Komponen kedirgantaraan dan pesawat terbang
- Perkakas suhu tinggi
- Aplikasi vakum
- Geometri yang disesuaikan atau kompleks
Karbida yang disemen
- Alat potong dan suku cadang aus
- Meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap patah tulang
Nikel Superalloys
- Memperkuat penambahan paduan
- Paduan tipe Inconel 625, 718
Elektronik
- Kapasitor, superkonduktor
- Pelapis optik
- Pembentukan balok
Pelapis
- Lapisan tahan korosi
- Aplikasi semprotan termal
Manfaat dan Keunggulan Serbuk Niobium
Beberapa manfaat utama menggunakan bubuk niobium:
- Kekuatan tinggi dipertahankan pada suhu tinggi
- Ketahanan oksidasi dan korosi yang sangat baik
- Koefisien ekspansi termal yang rendah
- Konduktivitas termal dan listrik yang baik
- Meningkatkan kekuatan superalloy dan karbida yang disemen
- Harga logam yang relatif stabil
- Memungkinkan pembuatan komponen kompleks secara aditif
- Tersedia kemurnian kimia yang tinggi
- Paduan khusus dapat diproduksi
- Kepadatan lebih rendah dari tungsten atau tantalum
Sifat unik niobium berguna untuk aplikasi khusus yang membutuhkan stabilitas suhu tinggi dan/atau ekspansi termal rendah.
Keterbatasan dan Kekurangan
Beberapa batasan penggunaan bubuk niobium meliputi:
- Biaya tinggi dibandingkan dengan serbuk nikel dan besi
- Kemampuan las yang lebih buruk daripada baja tahan karat
- Rentan terhadap penggetasan hidrogen
- Sifat piroforik membutuhkan penanganan yang hati-hati
- Basis pemasok yang terbatas dibandingkan dengan paduan umum
- Peralatan peleburan khusus diperlukan karena sifatnya yang tahan api
- Pengembangan parameter diperlukan untuk aplikasi aditif baru
- Inklusi oksida mungkin membutuhkan degassing yang ekstensif
Perawatan yang tepat harus dilakukan untuk mengontrol proses produksi bubuk dan prosedur penanganan niobium.
Bubuk Niobium Harga
Kisaran Harga Bubuk Niobium:
- <10 mikron: $70-$100 per kg
- 10-45 mikron: $50-$70 per kg
- 45-106 mikron: $40-$60 per kg
- Harga tergantung pada ukuran partikel, kemurnian, dan volume pesanan
- Membutuhkan bahan baku dengan kemurnian tinggi, sehingga meningkatkan biaya
- Pemasok yang terbatas mendorong biaya lebih tinggi
- Masih ekonomis untuk aplikasi bernilai tinggi tertentu
Perjanjian jangka panjang dapat menjamin harga bubuk niobium yang stabil dari pemasok.
Perbandingan dengan Serbuk Logam Alternatif
Versus Bubuk Tungsten
- Niobium memiliki kepadatan yang lebih rendah dari tungsten
- Titik leleh lebih rendah dari tungsten
- Kemampuan kekuatan suhu tinggi yang serupa
- Kurang reaktif secara kimiawi dibandingkan tungsten
Versus Bubuk Tantalum
- Kepadatan lebih rendah dari tantalum
- Meleleh pada suhu yang jauh lebih rendah daripada tantalum
- Lebih sedikit radioaktif dibandingkan tantalum alami
- Alternatif biaya yang lebih rendah untuk tantalum
Versus Bubuk Titanium
- Kemampuan suhu yang lebih tinggi dari titanium
- Kepadatan yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih rendah
- Biaya yang jauh lebih tinggi daripada bubuk titanium
- Titanium memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dalam beberapa kondisi
Pertanyaan Umum
T: Bagaimana bubuk niobium diproduksi?
J: Metode produksi utama adalah hydriding-dehidriding, di mana niobium pentoksida direduksi secara kimiawi dan dihancurkan menjadi bubuk halus. Kemurnian tinggi dipertahankan melalui proses yang terkendali.
T: Apa saja aplikasi utama bubuk niobium?
J: Aplikasi utama meliputi karbida yang disemen, superalloy nikel, elektronik, dan pelapis. Ada peningkatan penggunaan dalam manufaktur aditif komponen kedirgantaraan dan perkakas yang membutuhkan stabilitas suhu tinggi.
T: Pada paduan apa bubuk niobium ditambahkan?
J: Niobium dipadukan untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi superalloy nikel dan kobalt. Ini juga meningkatkan karbida yang disemen yang terbuat dari karbida tungsten, titanium, dan tantalum.
T: Apakah niobium bereaksi dengan oksigen di atmosfer?
J: Pada suhu kamar, niobium membentuk lapisan oksida pelindung yang mencegah reaksi lebih lanjut. Pada suhu yang lebih tinggi di atas 400°C, niobium mudah bereaksi dengan oksigen di atmosfer dan terbakar.
T: Berapa ukuran partikel bubuk niobium yang tersedia?
J: Kisaran ukuran tipikal adalah 1-10 mikron untuk AM, 10-45 mikron untuk pengepresan, dan 45-150 mikron untuk semprotan termal. Serbuk yang lebih halus memberikan resolusi yang lebih baik, tetapi harganya lebih mahal.
T: Apakah bubuk niobium bersifat piroforik?
J: Ya, bubuk niobium dapat terbakar secara spontan di udara, terutama pada ukuran yang lebih halus di bawah 45 mikron. Tindakan pencegahan penanganan yang tepat sangat penting untuk mencegah kebakaran.
T: Bagaimana cara menyimpan bubuk niobium dengan aman?
J: Serbuk Niobium harus disimpan dalam wadah tertutup di bawah gas inert seperti argon untuk mencegah oksidasi dan penyalaan piroforik. Kondisi pemrosesan dan penyimpanan yang dikontrol dengan ketat sangat penting.
T: Apakah bubuk niobium dapat digunakan kembali?
J: Serbuk niobium yang tidak terpakai dapat digunakan kembali setelah penyaringan untuk menghilangkan kontaminan. Namun, bubuk segar umumnya direkomendasikan untuk aplikasi penting untuk mencegah cacat akibat penggunaan ulang.