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。