एयरोस्पेस और उच्च तापमान अनुप्रयोगों में 3डी प्रिंटिंग और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए निकल-आधारित सुपरअलॉय पाउडर

1. परिचय

निकल-आधारित सुपरअलॉय एयरोस्पेस, बिजली उत्पादन और औद्योगिक गैस टर्बाइनों में उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण सामग्री हैं, क्योंकि इनमें असाधारण उच्च तापमान शक्ति, ऑक्सीकरण प्रतिरोध और क्रीप प्रतिरोध होता है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (AM), या 3D प्रिंटिंग, जटिल, हल्के और उच्च-प्रदर्शन वाले घटकों को कम लीड समय और सामग्री अपशिष्ट के साथ बनाने की अनुमति देता है।

यह मार्गदर्शिका विस्तृत अवलोकन प्रदान करती है:

• AM में उपयोग किए जाने वाले प्रमुख निकल-आधारित सुपरअलॉय

• पाउडर उत्पादन के तरीके

• 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाएं

• पोस्ट-प्रोसेसिंग आवश्यकताएं

• एयरोस्पेस और औद्योगिक अनुप्रयोग

2. 3डी प्रिंटिंग के लिए प्रमुख निकल-आधारित सुपरअलॉय

AM में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले निकल सुपरअलॉय में शामिल हैं:

रासायनिक संरचनाएँ (विशिष्ट)

3. AM के लिए पाउडर उत्पादन के तरीके

निकल सुपरअलॉय पाउडर को गोलाकारता, कण आकार वितरण और शुद्धता के लिए सख्त आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। मुख्य उत्पादन विधियाँ हैं:

A. गैस एटमाइजेशन (सबसे आम)

• प्रक्रिया: पिघली हुई धातु को उच्च दबाव वाली निष्क्रिय गैस (Ar या N₂) द्वारा विघटित किया जाता है।

• लाभ: उच्च गोलाकारता, नियंत्रित कण आकार (15-150 µm)।

• के लिए प्रयुक्त: LPBF, DED, बाइंडर जेटिंग।

B. प्लाज्मा रोटेटिंग इलेक्ट्रोड प्रोसेस (PREP)

• प्रक्रिया: एक घूर्णन इलेक्ट्रोड को प्लाज्मा द्वारा पिघलाया जाता है, और केन्द्राभिमुख बल बूंदें बनाता है।

• लाभ: बहुत उच्च शुद्धता, कम सैटेलाइट कण।

• के लिए प्रयुक्त: महत्वपूर्ण एयरोस्पेस घटक।

C. वाटर एटमाइजेशन (कम आम)

• प्रक्रिया: पानी के जेट पिघली हुई धातु को तोड़ते हैं (कम गोलाकारता)।

• नुकसान: अनियमित आकार, उच्च ऑक्सीजन सामग्री।

• के लिए प्रयुक्त: कम महत्वपूर्ण अनुप्रयोग (जैसे, थर्मल स्प्रे कोटिंग)।

4. निकल सुपरअलॉय के लिए 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाएं

A. लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (LPBF / SLM)

• सबसे अच्छा है: उच्च-सटीक टर्बाइन ब्लेड, ईंधन नोजल।

• विशिष्ट पैरामीटर:

  • लेजर पावर: 200-400W

  • लेयर मोटाई: 20-50 µm

  • स्कैन स्पीड: 800-1200 मिमी/सेकंड

B. इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (EBM)

• सबसे अच्छा है: बड़े, तनाव-प्रतिरोधी घटक (जैसे, टर्बाइन डिस्क)।

• विशिष्ट पैरामीटर:

  • बीम करंट: 5-50 एमए

  • त्वरण वोल्टेज: 60 केवी

  • प्रीहीटिंग: 700-1000 डिग्री सेल्सियस (अवशिष्ट तनाव कम करता है)

C. डायरेक्टेड एनर्जी डिपोजिशन (DED / LENS)

• सबसे अच्छा है: टर्बाइन ब्लेड की मरम्मत, बड़े संरचनात्मक भाग।

• विशिष्ट पैरामीटर:

  • लेजर पावर: 500-2000W

  • पाउडर फीड रेट: 5-20 ग्राम/मिनट

5. निकल सुपरअलॉय AM भागों के लिए पोस्ट-प्रोसेसिंग

A. हीट ट्रीटमेंट

• तनाव से राहत: 870 डिग्री सेल्सियस/1 घंटा (IN625), 720 डिग्री सेल्सियस/8 घंटे (IN718)।

• सॉल्यूशन एनीलिंग: 1150 डिग्री सेल्सियस/1 घंटा (IN625), 980 डिग्री सेल्सियस/1 घंटा (IN718)।

• एजिंग (IN718 के लिए): 720 डिग्री सेल्सियस/8 घंटे + 620 डिग्री सेल्सियस/8 घंटे।

B. हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)

• उद्देश्य: आंतरिक शून्य को खत्म करें (थकान जीवन में सुधार करता है)।

• शर्तें: 4 घंटे के लिए 1200 डिग्री सेल्सियस @ 100-150 एमपीए।

C. मशीनिंग और फिनिशिंग

• सीएनसी मशीनिंग: सख्त सहनशीलता के लिए।

• इलेक्ट्रोपॉलिशिंग: सतह खत्म में सुधार करता है (Ra <1 µm)।

• एनडीटी निरीक्षण: एक्स-रे सीटी, अल्ट्रासोनिक परीक्षण।

6. एयरोस्पेस और औद्योगिक क्षेत्रों में अनुप्रयोग

A. एयरोस्पेस

• जेट इंजन घटक: टर्बाइन ब्लेड, कम्बस्टर्स, नोजल (जीई, रोल्स-रॉयस)।

• रॉकेट प्रणोदन: थ्रस्ट चैंबर (स्पेसएक्स रैप्टर इंजन)।

• संरचनात्मक भाग: ब्रैकेट, हीट शील्ड।

B. बिजली उत्पादन

• गैस टर्बाइन ब्लेड: सीमेंस एनर्जी, मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्रीज।

• परमाणु रिएक्टर के पुर्जे: उच्च तापमान संक्षारण प्रतिरोध।

C. तेल और गैस

• डाउनहोल टूल्स: संक्षारण-प्रतिरोधी वाल्व, ड्रिल बिट्स।

• हीट एक्सचेंजर्स: उच्च दबाव, उच्च तापमान वातावरण।

7. चुनौतियाँ और भविष्य के रुझान

चुनौतियाँ

• पाउडर की उच्च लागत: मिश्र धातु के आधार पर $100-$500/किलोग्राम।

• क्रैकिंग और अवशिष्ट तनाव: अनुकूलित प्रक्रिया मापदंडों की आवश्यकता है।

• पाउडर पुन: उपयोग सीमाएँ: कई चक्रों के बाद ऑक्सीकरण।

भविष्य के रुझान

• प्रक्रिया अनुकूलन के लिए एआई/एमएल: दोषों को कम करना।

• मल्टी-मटेरियल प्रिंटिंग: ग्रेडेड संरचनाएं (जैसे, IN718 से HX)।

• टिकाऊ पाउडर रीसाइक्लिंग: अपशिष्ट को कम करना।

8. निष्कर्ष

निकल-आधारित सुपरअलॉय 3डी प्रिंटिंग एयरोस्पेस, ऊर्जा और रक्षा में उच्च तापमान अनुप्रयोगों में क्रांति ला रही है। पाउडर गुणवत्ता, AM प्रक्रियाओं और पोस्ट-ट्रीटमेंट में प्रगति के साथ, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पारंपरिक तरीकों की तुलना में हल्के, मजबूत और अधिक कुशल घटकों को सक्षम बनाता है।