니켈계 분말의 핵심특성 및 장점
니켈 기반 금속 분말은 극한의 조건에서도 구조적 무결성을 유지할 수 있는 뛰어난 능력으로 인해 현대 엔지니어링에 없어서는 안 될 요소입니다. 표준 강철 분말과 달리 니켈 기반 합금은 고온 강도, 우수한 열피로 저항성 및 우수한 내산화성의 독특한 조합을 제공합니다. 이러한 분말은 크리프 저항성 또는 국부적인 부식 방지성과 같은 특정 특성을 강화하기 위해 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄 등의 원소와 합금되는 경우가 많습니다. 다재다능한 특성으로 인해 온도가 600°C를 자주 초과하는 환경에서 안정적으로 작동할 수 있으므로 "초합금" 응용 분야에 적합한 소재입니다.
이러한 분말의 특징 중 하나는 면심 입방체(FCC) 결정 구조로, 극저온부터 녹는점까지 안정적으로 유지됩니다. 이러한 안정성은 열 순환 중에 취성 또는 치수 불안정성을 초래할 수 있는 상 변형을 방지합니다. 또한 합금 원소에 대한 니켈의 높은 내성으로 인해 감마 프라임(γ') 석출상과 같은 복잡한 미세 구조가 생성될 수 있으며, 이는 금속 매트릭스 내의 전위 이동을 방해하여 기계적 강도를 크게 증가시킵니다.
일반적으로 사용되는 니켈 기반 합금 그룹
의 선택 니켈 기반 금속 분말 의도된 환경적 스트레스 요인에 크게 의존합니다. 다음은 분말 야금 및 적층 제조에 사용되는 가장 널리 사용되는 합금 계열을 비교한 것입니다.
| 합금 카테고리 | 주요 사례 | 주요 성능 특성 |
| 니켈-크롬 | 인코넬 625, 718 | 높은 인장강도 및 파단강도 |
| 니켈-몰리브덴 | 하스텔로이 C276, B3 | 우수한 내산성 및 내화학성 |
| 니켈-구리 | 모넬 400, K500 | 바닷물과 불산에 대한 저항성 |
인코넬 718: 업계 표준
인코넬 718은 아마도 가장 널리 사용되는 니켈 분말일 것입니다. 상당한 양의 철, 니오븀, 몰리브덴을 함유한 석출 경화형 합금입니다. 이 제품의 인기는 우수한 용접성과 용접 후 균열에 대한 저항성에서 비롯되며, 이는 레이저 분말 베드 융합(LPBF) 및 기타 3D 프린팅 공정에 이상적입니다. 최대 700°C까지 높은 강도를 유지하며 터빈 디스크 및 고강도 볼트에서 자주 발견됩니다.
부식 처리용 Hastelloy 시리즈
화학 처리 산업의 경우 Hastelloy 분말은 공격적인 매체에 대해 탁월한 보호 기능을 제공합니다. 이 분말은 구멍, 응력 부식 균열 및 산화 분위기에 저항하도록 설계되었습니다. 이는 일반적으로 표준 스테인리스강이 빠르게 파손될 수 있는 원자로, 열교환기 및 밸브용 부품을 코팅하거나 제조하는 데 사용됩니다.
생산 방법 및 분말 품질
니켈 기반 금속 분말의 성능은 형태, 입자 크기 분포(PSD) 및 화학적 순도에 따라 결정됩니다. 다양한 제조 기술로 다양한 산업 응용 분야에 적합한 분말을 얻을 수 있습니다.
- 가스 원자화: 이는 고품질 구형 분말을 생산하는 가장 일반적인 방법입니다. 용융된 니켈 합금은 고압 불활성 가스(일반적으로 아르곤 또는 질소)에 의해 분해됩니다. 그 결과 3D 프린팅의 일관된 레이어에 필수적인 뛰어난 유동성을 갖춘 구형 입자가 생성됩니다.
- 플라즈마 회전 전극 공정(PREP): 이 방법은 최고 수준의 구형 완성도와 최소한의 세라믹 함유물을 갖춘 분말을 생성합니다. 이는 피로 수명이 주요 관심사인 중요한 항공우주 응용 분야에 사용되는 경우가 많습니다.
- 물 원자화: 물 원자화는 비용 효율성이 더 높지만 불규칙한 침상 모양을 생성합니다. 이러한 분말은 생강도(소성 전 분말의 형태를 유지하는 능력)가 요구되는 전통적인 "프레스 및 소결" 야금에 더 적합합니다.
주요 산업 응용 분야
니켈 기반 금속 분말의 채택은 보다 효율적인 설계와 더 긴 부품 수명을 가능하게 함으로써 여러 첨단 기술 부문에 혁명을 일으켰습니다. 대량 가공에서 분말 기반 제조로의 전환으로 인해 이전에는 생산이 불가능했던 내부 냉각 채널과 복잡한 형상이 생성되었습니다.
항공우주 및 가스 터빈
항공우주 부문에서 니켈 분말은 터빈 블레이드, 베인 및 연소실을 제조하는 데 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 연료 연소로 인해 폭발하는 동안 고속 회전의 원심력을 견뎌야 합니다. 3D 프린팅에 인코넬 분말을 사용하면 엔지니어는 여러 부품을 단일 경량 구조로 통합하여 엔진 무게를 줄이고 연료 효율성을 높일 수 있습니다.
석유 및 가스 추출
해저 시추 환경은 높은 압력과 산성 가스(H2S) 노출 등 매우 가혹합니다. 니켈 기반 분말은 내식성 합금 보호층을 사용하여 저렴한 강철 부품을 클래딩(겹침)하는 데 사용됩니다. 이 "레이저 클래딩" 기술은 드릴 비트, 펌프 샤프트 및 밸브의 수명을 연장하여 심해 작업에서 치명적인 고장을 방지합니다.
의료 및 재생 에너지
임플란트에 사용되는 티타늄보다 덜 일반적이지만 특정 니켈-크롬 분말은 내마모성으로 인해 특수 의료 기기 및 치과 보철물에 사용됩니다. 재생 가능 부문에서 니켈 분말은 집중 태양열 발전(CSP) 플랜트에서 역할을 찾고 있으며, 여기서 니켈 분말은 전기용 증기를 생성하기 위해 극도로 높은 온도에서 작동하는 열 전달 시스템에서 사용됩니다.
