Principais características e vantagens dos pós à base de níquel
Os pós metálicos à base de níquel são indispensáveis na engenharia moderna devido à sua excepcional capacidade de manter a integridade estrutural sob condições extremas. Ao contrário dos pós de aço padrão, as ligas à base de níquel oferecem uma combinação única de resistência a altas temperaturas, excelente resistência à fadiga térmica e resistência superior à oxidação. Esses pós são frequentemente ligados a elementos como cromo, molibdênio, tungstênio e alumínio para melhorar propriedades específicas, como resistência à fluência ou proteção contra corrosão localizada. Sua natureza versátil permite que eles tenham um desempenho confiável em ambientes onde as temperaturas frequentemente excedem 600°C, tornando-os o material preferido para aplicações de "superligas".
Uma das características definidoras desses pós é sua estrutura cristalina cúbica de face centrada (FCC), que permanece estável desde temperaturas criogênicas até o ponto de fusão. Esta estabilidade evita transformações de fase que poderiam levar à fragilidade ou instabilidade dimensional durante o ciclo térmico. Além disso, a alta tolerância do níquel aos elementos de liga permite a criação de microestruturas complexas, como a fase precipitada gama-prime (γ'), que aumenta significativamente a resistência mecânica ao impedir o movimento de discordância dentro da matriz metálica.
Grupos de ligas à base de níquel comumente usados
A seleção de um pó metálico à base de níquel depende fortemente dos estressores ambientais pretendidos. Abaixo está uma comparação das famílias de ligas mais prevalentes usadas na metalurgia do pó e na fabricação aditiva:
| Categoria de liga | Exemplos principais | Característica de Desempenho Primária |
| Níquel-Cromo | Inconel 625, 718 | Alta resistência à tração e ruptura |
| Níquel-Molibdênio | Hastelloy C276, B3 | Resistência superior a ácidos e produtos químicos |
| Níquel-Cobre | Monel 400, K500 | Resistência à água do mar e ao ácido fluorídrico |
Inconel 718: O padrão da indústria
O Inconel 718 é talvez o pó de níquel mais utilizado. É uma liga endurecível por precipitação contendo quantidades significativas de ferro, nióbio e molibdênio. Sua popularidade decorre de sua excelente soldabilidade e resistência a trincas pós-soldagem, o que o torna ideal para Laser Powder Bed Fusion (LPBF) e outros processos de impressão 3D. Ele mantém alta resistência até 700°C e é frequentemente encontrado em discos de turbinas e parafusos de alta resistência.
Série Hastelloy para processamento corrosivo
Para a indústria de processamento químico, os pós Hastelloy oferecem proteção incomparável contra meios agressivos. Esses pós são projetados para resistir a corrosão sob tensão, corrosão sob tensão e atmosferas oxidantes. Eles são comumente usados para revestir ou fabricar componentes para reatores, trocadores de calor e válvulas onde os aços inoxidáveis padrão falhariam rapidamente.
Métodos de produção e qualidade do pó
O desempenho de um pó metálico à base de níquel é ditado por sua morfologia, distribuição de tamanho de partícula (PSD) e pureza química. Diferentes técnicas de fabricação produzem pós adequados para diferentes aplicações industriais:
- Atomização de gás: Este é o método mais comum para produzir pós esféricos de alta qualidade. A liga de níquel fundido é desintegrada por gás inerte de alta pressão (normalmente argônio ou nitrogênio). Isto resulta em partículas altamente esféricas com excelente fluidez, essencial para camadas consistentes na impressão 3D.
- Processo de Eletrodo Rotativo de Plasma (PREP): Este método produz pós com o mais alto nível de perfeição esférica e inclusões cerâmicas mínimas. Muitas vezes é reservado para aplicações aeroespaciais críticas onde a resistência à fadiga é a principal preocupação.
- Atomização de água: Embora seja mais econômica, a atomização de água produz formas irregulares e aciculares. Esses pós são mais adequados para a metalurgia tradicional de "prensagem e sinterização", onde a resistência verde (a capacidade do pó de manter sua forma antes da queima) é necessária.
Principais aplicações industriais
A adoção de pós metálicos à base de níquel revolucionou vários setores de alta tecnologia, permitindo designs mais eficientes e maior vida útil dos componentes. A transição da usinagem em massa para a fabricação à base de pó permitiu a criação de canais de resfriamento internos e geometrias complexas que antes eram impossíveis de produzir.
Turbinas Aeroespaciais e a Gás
No setor aeroespacial, os pós de níquel são usados para fabricar pás de turbinas, palhetas e câmaras de combustão. Esses componentes devem suportar as forças centrífugas de rotação em alta velocidade enquanto são explodidos pela queima de combustível. O uso de pós Inconel na impressão 3D permite aos engenheiros consolidar múltiplas peças em uma única estrutura leve, reduzindo o peso do motor e aumentando a eficiência de combustível.
Extração de Petróleo e Gás
Os ambientes de perfuração submarina são incrivelmente severos, envolvendo alta pressão e exposição a gás ácido (H2S). Pós à base de níquel são usados para revestir (cobrir) componentes de aço mais baratos com uma camada protetora de liga resistente à corrosão. Essa técnica de “revestimento a laser” prolonga a vida útil das brocas, eixos de bombas e válvulas, evitando falhas catastróficas em operações em alto mar.
Energia Médica e Renovável
Embora menos comuns que o titânio em implantes, certos pós de níquel-cromo são usados em instrumentos médicos especializados e próteses dentárias devido à sua resistência ao desgaste. No setor renovável, os pós de níquel estão encontrando papel em usinas de energia solar concentrada (CSP), onde atuam em sistemas de transferência de calor que operam em temperaturas extremamente altas para gerar vapor para eletricidade.
