3Dプリンティングおよび航空宇宙および高温アプリケーションにおける添加製造のためのニッケルベースの超合金粉末

1紹介

ニッケルベースの超合金材は,特殊な高温強度により,航空宇宙,発電,工業用ガスタービンにおける高性能アプリケーションにとって重要な材料です.酸化抵抗性3Dプリンティング (Additive Manufacturing,AM) は 複雑な軽量で高性能なコンポーネントを 製造し リードタイムや材料廃棄を 短縮できます

このガイドは,以下の詳細な概要を提供します.

• AMで使用されるニッケルベースの主要な超合金

• 粉末の生産方法

• 3Dプリンティングプロセス

• 処理後の要件

• 航空宇宙および産業用アプリケーション

23D印刷のためのニッケルベースの超合金

AMで最も広く使用されるニッケル超合金には以下のものがある.

化学成分 (典型)

3AM の粉末生産方法

ニッケル超合金粉末は球状性,粒子の大きさ分布,純度に関する厳格な要件を満たさなければならない.主要生産方法は:

A. ガス原子化 (最も一般的)

• プロセス: 溶融金属は高圧の惰性ガス (ArまたはN2) によって分解されます.

• 利点: 高球性,制御された粒子の大きさ (15-150μm).

• LPBF,DED,バインダージェットに使用される.

B.プラズマ回転電極処理 (PREP)

• プロセス: 回転する電極をプラズマで溶かし,遠心力によって滴が形成されます.

• 利点:非常に高い純度,低衛星粒子.

• 用いる:航空宇宙における重要な部品.

C. 水 の 原子化 (あまり よく ない)

• プロセス: 水噴出物 は 溶けた 金属 を 分解 する (球状 性 の 低さ).

• 欠点: 不規則な形,酸素濃度が高い

• 用途: 極めて重要でない用途 (熱噴霧塗料など)

4ニッケル超合金のための3D印刷プロセス

A.レーザー粉末床融合 (LPBF/SLM)

• 高精度タービンブレード 燃料ノズル

• 典型的なパラメータ:

  • レーザー電源: 200〜400W

  • 層厚さ: 20-50 μm

  • スキャン速度: 800~1200mm/s

B.電子ビーム溶融 (EBM)

• 最適用: 巨大で耐圧部品 (タービンディスクなど)

• 典型的なパラメータ:

  • 波動: 5〜50 mA

  • 加速電圧: 60kV

  • 予熱: 700~1000°C (残留ストレスを減らす)

C. 誘導エネルギー堆積 (DED/LENS)

• タービン・ブレード,大型構造部品の修理

• 典型的なパラメータ:

  • レーザー電源: 500〜2000W

  • 粉末の供給量: 5-20 g/min

5ニッケル超合金 AM部品のポスト加工

A. 熱処理

• ストレス緩和: 870°C/1h (IN625), 720°C/8h (IN718)

• 溶液 焼却: 1150°C/1h (IN625), 980°C/1h (IN718)

• 熟成 (IN718): 720°C/8h + 620°C/8h

B. 熱冷静圧圧 (HIP)

• 目的: 内部の空白を排除する (疲労耐久性を向上させる).

• 条件:1200°C @100-150 MPa 4時間

C. 機械加工 と 仕上げ

• 厳格な許容量のために

• 電気磨き:表面の仕上げを改善する (Ra <1μm).

• NDT検査 X線CT 超音波検査

6航空宇宙・産業分野における応用

A.航空宇宙

• ジェットエンジンの部品:タービンブレード,燃焼機,ノズル (GE,ロールス・ロイス)

• ロケット推進:推力室 (SpaceX ラプターエンジン)

• 構造部品: ブラケット,ヒートシールド

B. 発電

• ガスタービン・ブレッド: シメンス・エネルギー,三?? 重工業

• 原子炉部品:高温腐食耐性

C. 石油とガス

• 腐食に耐えるバルブ,ドリル

• 熱交換器 高圧高温環境

7課題と将来の傾向

課題

• 粉末の高コスト:合金によって100〜500ドル/kg.

• クラッキング&残留ストレス:最適化されたプロセスパラメータが必要です.

• 粉末の再利用制限: 複数のサイクル後に酸化する.

未来 の 傾向

• プロセス最適化のためのAI/ML:欠陥の削減

• 多材料印刷: グレード構造 (例えば,IN718からHX).

• 持続可能な粉末リサイクル:廃棄物の削減

8結論

ニッケルベースの超合金3Dプリンティングは 航空宇宙,エネルギー,防衛における 高温アプリケーションに革命をもたらしています添加物製造によりより軽い伝統的な方法よりも強力で効率的な部品です