پودر نیکل و آلیاژهای آن در متالورژی پودر برای ساخت قطعات پیچیده، باتری‌های قابل شارژ (مانند نیکل- کادمیوم)، کاتالیزورهای شیمیایی، قطعات الکترونیکی، و چاپ سه‌بعدی برای هوافضا و خودروسازی استفاده می‌شوند.
پودر نیکل و آلیاژهای آن به دلیل خواص متنوعشان در صنایع متعددی کاربرد دارند:
1. متالورژی پودر:
برای تولید قطعات پیچیده و با استحکام بالا در صنایع هوافضا و خودروسازی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، پره‌های توربین از آلیاژهای سوپرنیکل ساخته می‌شوند.
2. باتری‌ها:
در باتری‌های قابل شارژ مانند نیکل متال هیدرید (NiMH) و نیکل کادمیوم (NiCd) به عنوان ماده فعال یا زیرلایه استفاده می‌شوند.
3. کاتالیزور:
پودر نیکل ریز برای واکنش‌های شیمیایی مانند هیدروژناسیون در صنعت شیمیایی استفاده می‌شود، به دلیل سطح بالای تماس که موجب افزایش راندمان می شود.
4. الکترونیک:
در خمیرهای هادی، جوهرها، و به عنوان ماده الکترود در خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) استفاده می‌شود.
5. چاپ سه‌بعدی (افزایشی):
برای تولید قطعات سبک و پیچیده در هوافضا و خودروسازی، مانند قطعات با مقاومت بالا در دماهای بالا، استفاده می‌شود.
6. الکتروپلاتی:
برای پوشش‌دهی سطوح به منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش در صنایع خودرو و جواهرسازی استفاده می‌شود.
7. آلیاژهای لحیم‌کاری:
در آلیاژهای لحیم‌کاری برای اتصال قطعات فلزی در هوافضا و ساخت‌وساز استفاده می‌شوند.
نقش پودر آلیاژ نیکل در صنعت هوافضا
پودر آلیاژ نیکل در صنعت هوافضا، به‌ویژه در چاپ سه‌بعدی، برای تولید قطعات پیچیده مانند پره‌های توربین و قطعات موتور استفاده می‌شود. این مواد به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و خوردگی، برای شرایط کاری سخت مانند موتورهای جت مناسب هستند. این کاربرد به کاهش وزن و بهبود کارایی سوخت کمک می‌کند.
ویژگی‌های کلیدی این آلیاژها شامل مقاومت بالا در برابر دمای بالا (بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد) و مقاومت در برابر خوردگی است، که برای شرایط کاری سخت در پرواز ضروری است.
کاربرد در چاپ سه‌بعدی
آلیاژهای نیکل مانند Inconel 718 و Inconel 625 برای تولید قطعات موتور جت و توربین‌های گاز استفاده می‌شوند. این فرآیند امکان طراحی‌های پیچیده را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی دشوار است، و به کاهش وزن و بهبود کارایی سوخت کمک می‌کند.
مزایا: مقاومت در برابر حرارت و خوردگی این آلیاژها، به‌ویژه در محیط‌های اکسیدکننده، عملکرد قطعات را در شرایط پرواز تضمین می‌کند. این ویژگی برای قطعات در معرض شرایط اتمسفری، مانند موتورهای جت، حیاتی است.
تأثیر صنعتی: استفاده از پودر آلیاژ نیکل در هوافضا، تولید قطعات با خواص سفارشی را ممکن ساخته است، که در توسعه موتورهای جت و فضاپیماها نقش مهمی دارد
کاربرد پودر نیکل در باتری‌های لیتیوم یون
نیکل در باتری‌های لیتیوم یون، به‌ویژه در مواد کاتد مانند اکسید لیتیوم نیکل منگنزکبالت (NMC)، نقش مهمی دارد. بااین‌حال، شواهد نشان می‌دهد که پودر فلزی نیکل به‌طور مستقیم در تولید استفاده نمی‌شود؛ بلکه معمولاً به‌صورت ترکیباتی مانند سولفات نیکل برای تولید مواد کاتد از طریق فرآیندهایی مانند رسوب‌گذاری استفاده می‌شود. این امر چگالی انرژی و پایداری باتری را افزایش می‌دهد.
تولید مواد کاتد: فرآیند تولید NMC شامل رسوب‌گذاری است، جایی که نیکل، منگنز، و کبالت از محلول‌های نمکی مانند سولفات نیکل به‌صورت هیدروکسید یا کربنات رسوب می‌کنند. این پیش‌ساز سپس با ترکیبات لیتیوم واکنش می‌دهد تا ماده کاتد نهایی تشکیل شود. نیکل در این فرآیند چگالی انرژی باتری را افزایش می‌دهد، به‌ویژه در کاتدهای با نیکل بالا مانند NMC811، که برای خودروهای الکتریکی مناسب است
نقش در عملکرد باتری: نیکل در کاتد، انرژی ویژه باتری را بهبود می‌بخشد، که منجر به برد بیشتر در خودروهای الکتریکی و توان بالاتر برای ابزارهای برقی می‌شود. همچنین به پایداری حرارتی کمک می‌کند و نرخ خودگرمایی را کاهش می‌دهد، که برای ایمنی مهم است
اگرچه پودر فلزی نیکل به‌طور مستقیم استفاده نمی‌شود، ممکن است در تولید پیش‌سازها، مانند حل شدن برای تشکیل نمک‌های نیکل، نقش غیرمستقیم داشته باشد. این برخلاف فرض رایج است که پودر فلزی مستقیماً در الکترودها استفاده می‌شود، که بیشتر برای افزودنی‌های هادی مانند کربن صدق می‌کند
تحلیل مقایسه‌ای
برای خلاصه کردن نقش‌ها و تأثیرات، جدول زیر کاربردها و مزایای هر بخش را مقایسه می‌کند:
تحقیقات نشان می‌دهد که پودر نیکل، کبالت و مس در صنایع متالوژی خواص متفاوتی دارند؛ نیکل ذرات ریز و کروی با خلوص بالا دارد، کبالت برای استحکام و مس برای هدایت الکتریکی مناسب است.
به نظر می‌رسد نیکل و آهن هر دو مغناطیسی هستند، اما آهن مغناطیس قوی‌تری دارد، که بر کاربردهای صنعتی مانند مغناطیس‌ها و محافظت مغناطیسی تأثیر می‌گذارد.
پودر نیکل با ذرات ریز و کروی و خلوص بالا (>99.9%)، برای کارهای دقیق در متالورژی مناسب است، مانند تولید قطعات قوی و مقاوم در برابر خوردگی. کبالت، با اندازه و شکل متفاوتی، برای استحکام در آلیاژهای با عملکرد بالا استفاده می‌شود. مس، با هدایت الکتریکی عالی، برای اجزای الکتریکی ایده‌آل است. تحقیقات نشان می‌دهند که نیکل به دلیل ذرات یکنواخت، در متالوژی پودر برتری دارد، اما کبالت و مس هم نقش‌های خاص خود را دارند
نیکل و آهن هر دو مغناطیسی هستند، اما آهن مغناطیس قوی‌تری دارد و دما گیری بالاتر 770°C در مقابل 358°C برای نیکل) دارد، که آن را برای مغناطیس‌های قوی مانند ترانسفورماتورها مناسب می‌کند. نیکل، با مقاومت در برابر خوردگی، برای محافظت مغناطیسی، مانند آلیاژ mumetal، استفاده می‌شود. این تفاوت بر کاربردهای صنعتی تأثیر می‌گذارد: آهن برای مغناطیس‌های قوی و نیکل برای کاربردهای تخصصی و مقاوم
آلیاژهای مبتنی بر نیکل برای نیازهای مختلف طراحی شده‌اند، مانند:
فولاد ضدزنگ 304: 8% نیکل، 18% کروم، باقیمانده آهن، برای وسایل آشپزخانه.
:Inconel 718 نیکل50%، 20% کروم، 19% آهن، برای قطعات موتور جت.