铌粉:介绍、应用、优点

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铌是一种难熔金属,具有高温强度、耐腐蚀性和超导性等独特性能。使用铌粉,可以利用增材制造和粉末冶金等技术用这种金属制造先进的部件。

本指南详细介绍了铌粉,包括其特性、生产方法、颗粒特征、应用、优势、局限性、价格以及与替代金属的比较。

介绍 铌粉

铌粉具有以下主要特点:

  • 由难熔元素铌(Nb)制成
  • 熔点高达 2477°C
  • 密度为 8.57 克/立方厘米
  • 提供各种粒度分布
  • 主要用于硬质合金和超合金
  • 还可用于电子、光学和超导体领域
  • 适用于增材制造、热喷涂和 MIM

铌的难熔特性适合通过粉末冶金工艺制造高性能的专用部件。

铌粉

铌粉的性能和特点

物理特性

  • 密度:8.57 克/立方厘米
  • 熔点:2477°C
  • 电阻率: 15 μΩ-cm
  • 导热系数:53 W/m-K
  • 热膨胀率:7.3 μm/m-K

机械性能

  • 拉伸强度:550 兆帕
  • 屈服强度: 240 兆帕
  • 伸长率:30%
  • 弹性模量:105 GPa

高温特性

  • 在 1000°C 以上的真空环境中仍能保持强度
  • 9.2K 时的超导转变
  • 蒸汽压力低,甚至接近熔点

化学特性

  • 卓越的耐腐蚀性
  • 形成稳定的氧化保护层
  • 在铁、镍、铜合金中溶解度低

生产方法 铌粉

用于生产铌粉的关键技术包括

  • 水合-脱水 - 制造细铌粉的最常见方法
  • 降钙 - 还原 Nb2O5 以获得高纯度铌
  • 电子束熔化 - 熔化和雾化成细粉
  • 减碳 - 用碳还原五氧化二铌

粉末加工

  • 真空脱气以减少杂质
  • 研磨和调质以改善粉末特性
  • 与钛等其他元素合金化

在铌粉生产过程中,控制氧气含量和实现高纯度至关重要。

颗粒大小和形态

尺寸分布

  • 范围为 1 至 150 微米
  • 较小的尺寸更适合用于增材制造
  • 较大尺寸用于热喷涂涂层

粒子形态学

  • 带有卫星颗粒的不规则形态
  • 利用等离子加工实现近球形成型
  • 霍尔流量计测量的流量

化学成分

  • 铌含量高于 99.8% 纯度
  • 氧气、氮气和碳含量低
  • 符合 ASTM 标准规范

铌粉的应用

铌粉的主要应用领域包括

快速成型制造

  • 航空航天和飞机部件
  • 高温工具
  • 真空应用
  • 定制或复杂几何形状

硬质合金

  • 切削工具和易损件
  • 提高强度和抗断裂性

镍超合金

  • 添加强化合金
  • 铬镍铁合金 625、718 型合金

电子产品

  • 电容器、超导体
  • 光学镀膜
  • 光束整形

涂料

  • 耐腐蚀涂层
  • 热喷涂应用

铌粉的优点和优势

使用铌粉的一些主要好处:

  • 高温下仍能保持高强度
  • 卓越的抗氧化性和耐腐蚀性
  • 热膨胀系数低
  • 良好的导热性和导电性
  • 提高超合金和硬质合金的强度
  • 金属价格相对稳定
  • 实现复杂部件的快速成型
  • 化学纯度高
  • 可生产定制合金
  • 密度低于钨或钽

铌的独特性能适用于需要高温稳定性和/或低热膨胀的特殊应用。

局限性和缺点

使用铌粉的一些局限性包括

  • 成本高于镍粉和铁粉
  • 焊接性比不锈钢差
  • 易发生氢脆
  • 发火特性要求小心处理
  • 与普通合金相比,供应商数量有限
  • 由于具有耐火性,需要特殊的熔化设备
  • 新添加剂应用所需的参数开发
  • 可能存在氧化物夹杂,需要大量脱气

必须适当注意控制铌的粉末生产过程和处理程序。

铌粉 定价

铌粉价格范围:

  • <10 微米:每公斤 $70-$100
  • 10-45 微米:每公斤 $50-$70
  • 45-106 微米:每公斤 $40-$60
  • 价格取决于颗粒大小、纯度和订单量
  • 需要高纯度的原材料,增加了成本
  • 供应商有限导致成本上升
  • 在某些高价值应用中仍然经济实惠

长期协议可确保供应商提供稳定的铌粉价格。

与其他金属粉末的比较

与钨粉的比较

  • 铌的密度低于钨
  • 熔点低于钨
  • 类似的高温强度能力
  • 化学反应性低于钨

与钽粉

  • 密度低于钽
  • 熔化温度比钽低得多
  • 放射性低于天然钽
  • 钽的低成本替代品

与钛粉的对比

  • 比钛的耐温能力更强
  • 密度较高,延展性较低
  • 成本远高于钛粉
  • 钛在某些条件下具有更好的耐腐蚀性

常见问题

问:铌粉是如何生产的?

答:主要生产方法是加氢脱水法,即通过化学还原将五氧化二铌粉碎成细粉。通过受控工艺保持高纯度。

问:铌粉的主要用途是什么?

答:主要应用包括硬质合金、镍超合金、电子产品和涂层。在需要高温稳定性的航空航天和模具部件的增材制造中,这种材料的应用也在不断增加。

问:铌粉可添加到哪些合金中?

答:铌是一种合金,用于提高镍和钴超合金的高温强度。它还能增强由钨、钛和钽碳化物制成的硬质合金。

问:铌会与大气中的氧气发生反应吗?

答:在室温下,铌会形成保护性氧化层,阻止进一步反应。在 400°C 以上的高温下,它很容易与大气中的氧气发生反应并燃烧。

问:有哪些粒度的铌粉?

答:AM 的典型尺寸范围为 1-10 微米,冲压为 10-45 微米,热喷涂为 45-150 微米。更细的粉末可提供更好的分辨率,但价格更贵。

问:铌粉会发火吗?

答:是的,铌粉在空气中会自燃,特别是在细度低于 45 微米时。要防止火灾,必须采取适当的处理措施。

问:如何安全储存铌粉?

答:铌粉必须储存在惰性气体(如氩气)的密封容器中,以防止氧化和发火。严格控制加工和储存条件至关重要。

问:铌粉可以重复使用吗?

答:未使用过的铌粉经筛选去除杂质后可重复使用。不过,一般建议在关键应用中使用新鲜粉末,以防止重复使用产生缺陷。

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