Bubuk aluminida nikel adalah senyawa intermetalik yang terdiri dari nikel dan aluminium. Ini dianggap sebagai bahan canggih yang menawarkan kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan oksidasi pada suhu tinggi. Beberapa sifat utama dan penggunaan bubuk nikel aluminida meliputi:
Jenis dan Karakteristik
| Jenis | Karakteristik |
|---|---|
| NiAl | Senyawa aluminida nikel yang paling umum. Struktur kristal B2. Titik leleh 1638°C. Kepadatan 5,9 g/cm3. Kekuatan dan kekakuan tinggi pada suhu tinggi. |
| Ni3Al | Struktur kristal L12 yang teratur. Titik leleh 1390°C. Ketahanan oksidasi hingga 1200°C. |
| NiAl3 | Struktur kristal kubik sederhana. Intermetalik yang rapuh. Ketahanan oksidasi hingga 1000°C. |
Aplikasi dan Penggunaan
| Aplikasi | Penggunaan |
|---|---|
| Dirgantara | Komponen struktural bersuhu tinggi seperti bilah turbin, nosel knalpot. |
| Otomotif | Rotor, katup, komponen injektor bahan bakar turbocharger. |
| Industri | Penukar panas, bejana reaksi, tabung pembakar radiasi. |
| Pembangkit Listrik | Pembangkit listrik tenaga gasifikasi batu bara, penukar panas. |
| Industri Kimia | Reaktor, pemanas, reformer. |
Spesifikasi dan Standar Desain
| Parameter | Kisaran Khas |
|---|---|
| Ukuran partikel | 10-150 μm |
| Kemurnian | ≥99.5% |
| Kandungan oksigen | ≤2000 ppm |
| Kandungan karbon | ≤1000 ppm |
| Morfologi | Bulat, tidak beraturan |
| Kepadatan yang sebenarnya | 5,5-6,2 g/cm3 |
| Kerapatan ketukan | 3,5-5 g/cm3 |
| Luas permukaan spesifik | 0,5-10 m2 / g |
| Kemampuan mengalir | Bagus. |
Serbuk aluminida nikel harus memenuhi spesifikasi seperti ASTM B964, AMS 4754, GE P1TF68, dll. berdasarkan aplikasi. Sifat-sifat penting seperti distribusi ukuran partikel, morfologi, kemurnian, kandungan oksida, dll. dikontrol selama produksi.
Pemasok dan Harga
| Pemasok | Kisaran Harga |
|---|---|
| Insinyur Peralatan Atlantik | $55-75 / kg |
| Teknologi Tukang Kayu | $60-85/kg |
| Sandvik | $70-100/kg |
| Logam Serbuk ATI | $80-120/kg |
| Bahan Lanjutan Stanford | $75-110/kg |
Harga tergantung pada jumlah pesanan, tingkat kemurnian, karakteristik partikel, dan morfologi. Jumlah laboratorium kecil lebih mahal daripada pesanan massal. Bulat umumnya lebih mahal daripada bubuk tidak beraturan.
Pemasangan, Pengoperasian, dan Pemeliharaan
Serbuk nikel aluminida membutuhkan kondisi yang terkendali selama pemasangan:
- Gunakan kotak sarung tangan gas inert untuk menangani bubuk
- Meminimalkan paparan terhadap udara/kelembaban
- Mengontrol suhu ruang antara 20-30°C
- Jaga agar wadah bedak tetap tertutup rapat saat tidak digunakan
Untuk pengoperasian, faktor yang penting adalah:
- Hindari kontaminasi dari alat/dies
- Mengkalibrasi peralatan pengeluaran secara berkala
- Memantau kepadatan/daya alir
Untuk pemeliharaan:
- Bersihkan peralatan secara teratur
- Periksa kotak sarung tangan, segel, tabung dari kebocoran
- Mengikuti prosedur keamanan material
Memilih Pemasok yang Tepat
Faktor-faktor utama saat memilih pemasok bubuk nikel aluminida:
- Keahlian teknis dan kemampuan pengujian
- Sertifikasi kualitas seperti ISO 9001
- Proses produksi dan kontrol kualitas yang konsisten
- Jumlah pesanan minimum yang wajar
- Layanan kustomisasi untuk ukuran, bentuk, kemurnian partikel
- Responsif terhadap pertanyaan dan permintaan
- Harga kompetitif untuk volume kecil hingga besar
- Lokasi dan infrastruktur logistik
Pro dan Kontra Bubuk Nikel Aluminida
| Kelebihan | Kekurangan |
|---|---|
| Kekuatan tinggi pada suhu tinggi | Rapuh di bawah 700°C |
| Ketahanan korosi yang sangat baik | Oksidasi yang signifikan di atas 1000 ° C |
| Kepadatan rendah dibandingkan dengan superalloy | Keuletan yang lebih rendah daripada paduan nikel |
| Konduktivitas termal yang baik | Lebih mahal dari baja/aluminium |
| Kekakuan dan ketahanan mulur yang tinggi | |
| Umur kelelahan yang lebih baik |
Keunggulan Dibanding Bahan Lain
Dibandingkan dengan paduan suhu tinggi lainnya, nikel aluminida menawarkan:
- Kekuatan yang lebih tinggi dari baja tahan karat pada suhu >700°C
- Ketahanan oksidasi yang lebih baik daripada paduan nikel hingga 1000°C
- Kepadatan yang lebih rendah dibandingkan superalloy seperti Inconel
- Penghematan biaya dibandingkan paduan eksotis seperti Hastelloy
- Tidak terlalu rentan terhadap kelelahan termal dibandingkan dengan paduan tungsten
Namun, keterbatasannya meliputi keuletan tarik yang lebih rendah, ketangguhan patah, dan stabilitas suhu tinggi di atas 1000°C.
Aplikasi dan Kasus Penggunaan
Serbuk nikel aluminida telah digunakan dalam berbagai industri yang membutuhkan material yang mampu bertahan pada suhu tinggi:
Aplikasi Kedirgantaraan
Industri kedirgantaraan memanfaatkan bubuk nikel aluminida untuk:
Mesin Pesawat Terbang
- Bilah turbin, baling-baling, pembakar
- Komponen afterburner, kerucut ekor
- Nozel knalpot mesin
- Sistem manajemen termal
Roket/Pesawat Luar Angkasa
- Nozel mesin roket, pendorong
- Sistem perlindungan termal
- Panel struktural, ruang dorong
Sifat-sifat utama seperti kekuatan suhu tinggi, ketahanan mulur, ketahanan oksidasi, dan densitas yang lebih rendah membuat aluminida nikel cocok untuk sistem kedirgantaraan yang beroperasi pada kondisi ekstrem dalam waktu lama.
Dengan mengganti superalloy dengan aluminida nikel, pengurangan berat hingga 30% dapat dicapai dalam beberapa aplikasi. Hal ini meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Aplikasi Otomotif
Di dalam mobil, nikel aluminida banyak digunakan:
Powertrain
- Rotor turbocharger
- Piston, kepala silinder
- Komponen katup
- Sistem injeksi bahan bakar
Sistem Pembuangan
- Konverter katalitik
- Penyaring partikulat
- Knalpot, knalpot
Kemampuan suhu tinggi bersama dengan kemampuan tuang memungkinkan aluminida nikel untuk menahan tekanan pada bagian powertrain dan gas buang yang korosif untuk meningkatkan daya tahan dan kontrol emisi.
Aplikasi Industri
Bubuk nikel aluminida digunakan dalam proses industri bersuhu tinggi seperti:
Petrokimia
- Reaktor, pemanas, reformer
- Pendingin syngas, penukar panas
- Nozel pembakar, suar
Pembangkit Listrik
- Generator uap pemulihan panas
- Penukar panas limbah
- Gasifikasi batu bara, pembangkit listrik tenaga gas buang (IGCC)
Manufaktur Kaca
- Panci peleburan, pengaduk
- Termokopel, regulator
- Peralatan menggambar serat
Ketahanan korosi/oksidasi yang sangat baik ditambah dengan kekuatan suhu tinggi membuat nikel aluminida cocok untuk peralatan yang menangani media korosif panas di bidang kimia, petrokimia, dan pembangkit listrik.
Metode Produksi
Serbuk nikel aluminida dapat diproduksi melalui berbagai metode yang mengontrol morfologi serbuk, distribusi ukuran partikel, kandungan oksida, dan parameter lainnya:
Atomisasi Gas
- Aliran paduan cair yang diatomisasi oleh gas inert menjadi tetesan halus
- Pemadatan yang cepat menghasilkan bubuk bulat
- Kontrol ketat terhadap distribusi ukuran partikel
- Kandungan oksida <1000 ppm
Proses Elektroda Berputar Plasma (PREP)
- Elektroda grafit diputar dalam plasma argon
- Material meleleh dan terlempar oleh gaya sentrifugal
- Partikel berbentuk tidak beraturan terbentuk
- Kontrol sedang terhadap distribusi ukuran
- Kandungan oksida ~ 2000 ppm
Paduan Mekanis
- Serbuk logam unsur yang digiling bersama
- Pengelasan dingin dan fraktur yang berulang-ulang
- Distribusi ukuran partikel yang ketat
- Kandungan oksida tergantung pada serbuk awal
Atomisasi Gas Peleburan Induksi Elektroda (EIGA)
- Induksi elektroda yang dapat dikonsumsi meleleh dalam gas inert
- Kontrol proses dan kebersihan yang lebih baik
- Kandungan oksida yang sangat rendah <500 ppm
- Berlaku untuk paduan reaktif seperti aluminida
Atomisasi gas memberikan kombinasi terbaik dari kebulatan partikel, kontrol distribusi ukuran, dan kandungan oksida yang rendah. Paduan mekanis memiliki tantangan dengan pengambilan oksigen. EIGA memungkinkan tingkat oksida yang lebih rendah tetapi dengan biaya yang lebih tinggi.
Spesifikasi bubuk nikel aluminida
Serbuk nikel aluminida tersedia dalam berbagai rentang ukuran, tingkat kemurnian, morfologi, dan bentuk berdasarkan proses produksi dan aplikasi yang diinginkan:
Distribusi Ukuran Partikel
| Kisaran Ukuran | Penggunaan khas |
|---|---|
| 10-38 μm | Lapisan semprotan termal, sintering PM |
| 45-105 μm | Cetakan injeksi logam, CIP |
| 150-250 μm | Pelapis laser, pengelasan |
Ukuran partikel yang lebih kecil memungkinkan densifikasi yang lebih baik sementara ukuran yang lebih besar memberikan laju pengumpanan dan pengendapan yang lebih cepat. Ukuran khusus dapat diproduksi berdasarkan kebutuhan.
Komposisi Kimia
| Komponen | Rentang Konten |
|---|---|
| Nikel | 30-65% |
| Aluminium | Keseimbangan |
| Oksigen | 500-2500 ppm |
| Nitrogen | 50-500 ppm |
| Karbon | 50-1000 ppm |
Kandungan aluminium yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan oksidasi. Kontrol yang lebih ketat terhadap oksigen dan karbon diperlukan untuk aplikasi yang kritis. Elemen lain seperti Cr, Co, Ta, Mo dapat dipadukan untuk properti yang disesuaikan.
Morfologi Serbuk
| Jenis | Karakteristik |
|---|---|
| Bulat | Peningkatan kemampuan mengalir, kepadatan kemasan |
| Tidak teratur | Produksi yang lebih hemat biaya |
| Dicampur | Campuran bentuk partikel |
| Dienkapsulasi | Struktur cangkang inti untuk kontrol reaktivitas |
Serbuk bulat memberikan penanganan yang lebih baik sementara serbuk yang tidak beraturan dapat mencapai bagian dengan kepadatan yang lebih tinggi setelah pemadatan. Morfologi inti-cangkang memungkinkan pembentukan paduan yang reaktif.
Bentuk dan Campuran
- Serbuk komponen tunggal
- Campuran yang sudah dipadukan sebelumnya
- Campuran unsur atau paduan utama
- Campuran komposit dengan oksida, karbida
Komposisi bubuk awal yang berbeda dapat disesuaikan untuk mencapai properti target di bagian akhir.
Bagaimana Memilih Bubuk Nikel Aluminida
Memilih bubuk nikel aluminida yang tepat memerlukan evaluasi parameter utama berdasarkan metode produksi, persyaratan aplikasi, dan spesifikasi:
Ukuran Partikel
- Lebih halus untuk semprotan termal, cetakan injeksi logam
- Lebih kasar untuk pelapis laser, pengelasan
- Distribusi multimodal untuk kepadatan kemasan yang optimal
Tingkat Kemurnian
- Kemurnian tinggi untuk aplikasi kedirgantaraan
- Kemurnian yang lebih rendah dapat diterima untuk penggunaan industri
- Kontrol O2, N2, dan C kritis
Morfologi
- Bulat untuk fusi unggun serbuk AM
- Tidak dapat diterima untuk mesin press dan sinter
- Bentuk campuran untuk meningkatkan kepadatan
Kandungan Oksida
- <1000 ppm lebih disukai untuk ketahanan lelah
- 2000-3000 ppm khas untuk bagian yang disinter
- Struktur inti-cangkang untuk membatasi oksidasi
Komposisi Paduan
- NiAl untuk keseimbangan properti
- Ni3Al untuk kekuatan maksimum
- NiAl3 untuk ketahanan oksidasi
- Menyesuaikan kadar Al dan Ni berdasarkan kebutuhan
Harga vs Performa
- Mengevaluasi harga dari beberapa pemasok
- Menilai potongan harga untuk jumlah yang lebih besar
- Bandingkan sertifikasi dan dukungan kualitas
Bekerja sama dengan produsen serbuk untuk memilih komposisi dan karakteristik serbuk nikel aluminida yang dioptimalkan untuk proses produksi dan aplikasi target Anda.
Cara Menggunakan Bubuk Nikel Aluminida
Menggunakan bubuk nikel aluminida membutuhkan penyimpanan, prosedur penanganan, dan pemrosesan yang tepat untuk mencapai sifat yang diinginkan:
Penyimpanan dan Penanganan
- Simpan wadah tertutup di tempat yang kering dan tidak lembab
- Gunakan kotak sarung tangan berisi argon untuk penanganan bubuk
- Batasi paparan terhadap udara dan kelembapan selama pemindahan
- Hindari percikan api, nyala api, sumber penyalaan
Pencampuran dan Pencampuran
- Pencampuran kering yang lembut dalam wadah tertutup
- Pertimbangkan campuran pra-paduan versus campuran unsur
- Mengoptimalkan siklus waktu pencampuran untuk homogenitas
Pemadatan
- Pengepresan isostatik dingin hingga 200 MPa
- Pengepresan isostatik hangat hingga 300 MPa
- Pengepresan panas dalam ruang hampa udara atau gas inert
- Meminimalkan paparan udara selama pemadatan
Sintering
- Lebih disukai atmosfer vakum atau pereduksi
- Sinter antara 1000-1300 ° C
- Pendinginan yang lambat untuk mencegah keretakan
Pasca Pemrosesan
- Pengepresan isostatik panas untuk menghilangkan porositas
- Perlakuan panas untuk memodifikasi struktur mikro
- Pemesinan/penggerindaan untuk dimensi akhir
Pemrosesan yang terkendali dan meminimalkan kontaminasi oksigen selama proses konversi merupakan kunci untuk mencapai komponen nikel aluminida berkualitas tinggi.
Pemasangan dan Pemeliharaan Suku Cadang Nikel Aluminida
Prosedur pemasangan dan perawatan yang tepat harus diikuti untuk komponen aluminida nikel yang digunakan dalam aplikasi suhu tinggi:
Panduan Instalasi
- Bersihkan permukaan dan antarmuka secara menyeluruh
- Gunakan senyawa anti-serabut pada benang
- Terapkan torsi secara bertahap untuk menghindari rasa sakit
- Memperhitungkan celah ekspansi termal
Perawatan Dalam Layanan
- Memantau suhu dan tekanan pengoperasian
- Hindari guncangan termal selama pengaktifan/penonaktifan
- Sesuaikan waktu siklus untuk meminimalkan kerusakan
- Periksa secara berkala apakah ada retakan, keausan
Praktik-praktik Terbaik Pemeliharaan
| Masalah | Solusi |
|---|---|
| Oksidasi | Terapkan lapisan pelindung, batasi panas berlebih |
| Deformasi merayap | Sesuaikan tekanan pengoperasian dan komposisi paduan |
| Retak karena kelelahan | Mengoptimalkan desain komponen untuk meminimalkan penambah tegangan |
| Lubang korosi | Gunakan inhibitor, pelapis, perlindungan katodik |
| Pengotoran, pengasapan | Meningkatkan filtrasi, siklus pembersihan terjadwal |
Penyelarasan pemasangan yang tepat, menghindari guncangan termal, dan memantau mekanisme kerusakan creep/fatigue selama servis dapat memperpanjang masa pakai komponen nikel aluminida yang andal.
Bubuk Nikel Aluminida vs Alternatif
Nikel aluminida memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan material struktural bersuhu tinggi lainnya:
Versus Superalloy
- Rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih tinggi
- Ketahanan oksidasi yang lebih baik
- Biaya material yang lebih rendah
- Kemampuan bentuk dan kemampuan las yang lebih rendah
Versus Logam Tahan Api
- Kepadatan yang lebih rendah untuk penghematan berat badan
- Lebih ulet dan lebih tangguh
- Lebih sedikit kerentanan terhadap penggetasan
- Kekuatan lebih rendah di atas 1000 ° C
Versus Keramik
- Ketangguhan retak yang lebih besar
- Lebih konduktif secara termal dan listrik
- Lebih mudah membuat bentuk yang rumit
- Kekerasan dan ketahanan abrasi yang lebih rendah
Versus Komposit
- Produksi dan pemrosesan paduan yang lebih sederhana
- Lebih banyak sifat isotropik
- Stabilitas lingkungan yang lebih tinggi
- Suhu penggunaan maksimum yang lebih rendah
Keseimbangan sifat dan biaya yang optimal membuat aluminida nikel cocok untuk aplikasi di mana superalloy mungkin terlalu mahal tetapi paduan dengan biaya lebih rendah tidak memiliki kinerja yang memadai.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Berikut ini adalah jawaban untuk beberapa pertanyaan umum tentang bubuk nikel aluminida:
Apa keuntungan utama dari nikel aluminida?
Nikel aluminida menawarkan kombinasi yang sangat baik antara kekuatan tinggi, ketahanan mulur, ketahanan korosi, dan ketahanan oksidasi pada suhu di atas 700 ° C serta kepadatan yang lebih rendah dibandingkan dengan superalloy.
Apa saja keterbatasan nikel aluminida?
Keterbatasannya termasuk keuletan tarik dan ketangguhan patah yang lebih rendah dibandingkan dengan paduan lainnya. Ketahanan oksidasi memburuk di atas 1000°C. Sifat suhu lingkungan juga lebih rendah.
Industri apa saja yang menggunakan nikel aluminida?
Aplikasi utama adalah di bidang kedirgantaraan, otomotif, pemrosesan kimia, pembangkit listrik, dan manufaktur kaca yang membutuhkan kemampuan suhu tinggi.
Bagaimana bubuk nikel aluminida diproduksi?
Metode produksi utama meliputi atomisasi gas, proses elektroda berputar plasma (PREP), paduan mekanis, dan atomisasi gas induksi elektroda (EIGA).
Ukuran partikel apa yang tersedia?
Serbuk nikel aluminida dapat dipasok dalam distribusi ukuran partikel mulai dari 10-250 mikron. Ukuran yang lebih halus digunakan untuk semprotan termal sementara ukuran yang lebih kasar lebih disukai untuk kelongsong laser.
Apa yang memengaruhi harga bubuk nikel aluminida?
Harga tergantung pada tingkat kemurnian, metode produksi, karakteristik partikel, jumlah pesanan, penyesuaian, dan margin pemasok. Serbuk bulat dengan kemurnian tinggi memerlukan harga premium.
Bagaimana bubuk nikel aluminida digunakan?
Langkah-langkah utama melibatkan penyimpanan terkontrol, pencampuran, pemadatan, sintering, perlakuan panas, dan pemesinan untuk membuat komponen jadi. Meminimalkan paparan oksigen sangat penting selama penanganan dan pemrosesan bubuk.
Bagaimana nikel aluminida dibandingkan dengan superalloy?
Nikel aluminida memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih tinggi tetapi sifat suhu lingkungan dan kemampuan bentuknya lebih rendah dibandingkan dengan superalloy biasa seperti Inconel 718, Hastelloy X.
Apa saja bahaya yang terkait dengan nikel aluminida?
Seperti paduan nikel lainnya, bubuk nikel aluminida mudah terbakar dan berbahaya bagi kesehatan. Peralatan pelindung dan prosedur penanganan yang tepat harus digunakan untuk meminimalkan risiko.