Havacılık ve Yüksek Sıcaklık Uygulamalarında 3D Baskı ve Katkı Üretimi İçin Nikel Tabanlı Süper Asalla Toz

1. Giriş

Nikel bazlı süper alaşımlar, olağanüstü yüksek sıcaklık mukavemetleri, oksidasyon direnci ve sürünme direnci nedeniyle havacılık, enerji üretimi ve endüstriyel gaz türbinlerinde yüksek performanslı uygulamalar için kritik malzemelerdir. Katkı üretimi (AM) veya 3D baskı, daha düşük teslim süreleri ve malzeme atıkları olan karmaşık, hafif ve yüksek performanslı bileşenlerin üretilmesine izin verir.

Bu kılavuz aşağıdakiler hakkında ayrıntılı bir genel bakış sunmaktadır:

• AM'de kullanılan anahtar nikel bazlı süper alaşımlar

• Toz Üretim Yöntemleri

• 3D baskı işlemleri

• İşleme sonrası gereksinimler

• Havacılık ve Endüstriyel Uygulamalar

2. 3D baskı için anahtar nikel tabanlı süper alaşımlar

AM'de en çok kullanılan nikel süper alaşımlar şunları içerir:

Kimyasal bileşimler (tipik)

3. AM için toz üretim yöntemleri

Nikel süper alaşım tozları, sphericity, parçacık boyutu dağılımı ve saflık için katı gereksinimleri karşılamalıdır. Ana üretim yöntemleri:

A. Gaz atomizasyonu (en yaygın)

• İşlem: Erimiş metal, yüksek basınçlı inert gaz (AR veya N₂) ile parçalanır.

• Avantajları: Yüksek küre, kontrollü parçacık boyutu (15-150 um).

• İçin kullanılır: lpbf, ded, bağlayıcı jetleme.

B. Plazma Dönen Elektrot İşlemi (Hazırlık)

• Proses: Dönen bir elektrot plazma ve santrifüj kuvvet formları damlacıkları ile eritilir.

• Avantajları: Çok yüksek saflık, düşük uydu parçacıkları.

• İçin kullanılır: Kritik Havacılık ve Uzay Bileşenleri.

C. Su atomizasyonu (daha az yaygın)

• İşlem: Su jetleri erimiş metali (alt küresellik) parçalar.

• Dezavantaj: Düzensiz şekiller, daha yüksek oksijen içeriği.

• İçin kullanılır: daha az kritik uygulamalar (örn. Termal sprey kaplamalar).

4. Nikel süper alaşımları için 3D baskı işlemleri

A. Lazer Toz Yatağı Füzyonu (LPBF / SLM)

• En iyisi: yüksek hassasiyetli türbin bıçakları, yakıt nozulları.

• Tipik parametreler:

  • Lazer Gücü: 200-400W

  • Katman Kalınlığı: 20-50 µm

  • Tarama Hızı: 800-1200 mm/s

B. Elektron ışını eritme (EBM)

• En iyisi: Büyük, strese dayanıklı bileşenler (örn. Türbin diskleri).

• Tipik parametreler:

  • Işın Akımı: 5-50 Ma

  • Hızlanma Voltajı: 60 KV

  • Ön ısıtma: 700-1000 ° C (artık stresi azaltır)

C. Yönlendirilmiş Enerji Birikimi (DED / Lens)

• En iyisi: Türbin bıçakları, büyük yapısal parçaların onarımı.

• Tipik parametreler:

  • Lazer Gücü: 500-2000W

  • Toz besleme hızı: 5-20 g/dk

5. Nikel Superalloy AM parçaları için işlem sonrası

A. Isı işlemi

• Stres giderici: 870 ° C/1H (IN625), 720 ° C/8H (IN718).

• Çözelti tavlama: 1150 ° C/1H (IN625), 980 ° C/1H (IN718).

• Yaşlanma (IN718 için): 720 ° C/8H + 620 ° C/8H.

B. Sıcak izostatik pres (kalça)

• Amaç: İç boşlukları ortadan kaldırın (yorgunluk ömrünü iyileştirir).

• Koşullar: 4H için 1200 ° C @ 100-150 MPa.

C. İşleme ve bitirme

• CNC işleme: sıkı toleranslar için.

• Elektropolizasyon: Yüzey kaplamasını (RA <1 um) geliştirir.

• NDT İncelemesi: X-ışını BT, Ultrasonik Test.

6. Havacılık ve Sanayi Sektörlerinde Uygulamalar

A. havacılık

• Jet motoru bileşenleri: türbin bıçakları, yakıcılar, nozullar (GE, Rolls-Royce).

• Roket Tahrik: İtme Chambers (SpaceX Raptor motoru).

• Yapısal parçalar: parantez, ısı kalkanları.

B. Güç üretimi

• Gaz Türbini Bıçakları: Siemens Enerji, Mitsubishi Heavy Industries.

• Nükleer reaktör parçaları: yüksek sıcaklık korozyon direnci.

C. Petrol ve Gaz

• Downole aletleri: Korozyona dayanıklı valfler, matkap bitleri.

• Isı eşanjörleri: Yüksek basınç, yüksek sıcaklık ortamları.

7. Zorluklar ve Gelecek Eğilimleri

Zorluklar

• Yüksek Toz Maliyeti: Alaşıma bağlı olarak 100 $-500 $/kg.

• Çatlama ve artık stres: Optimize edilmiş işlem parametreleri gerektirir.

• Toz yeniden kullanım sınırları: Çoklu döngüden sonra oksidasyon.

Gelecek Eğilimler

• Proses optimizasyonu için AI/ML: Kusurların azaltılması.

• Çok malzemeli baskı: dereceli yapılar (örn., 718 ila HX).

• Sürdürülebilir Toz Geri Dönüşüm: Atıkların Azaltılması.

8. Sonuç

Nikel bazlı süper alaşım 3D baskı, havacılık, enerji ve savunmada yüksek sıcaklık uygulamalarında devrim yaratıyor. Toz kalitesi, AM süreçleri ve tedavi sonrası ilerlemelerle, katkı üretimi geleneksel yöntemlerden daha hafif, daha güçlü ve daha verimli bileşenler sağlar.