Günümüz modern endüstrisinde, özellikle yüksek sıcaklıklara dayanıklı parçalara olan talep her geçen gün artıyor. Havacılık, enerji, uzay ve otomotiv gibi sektörlerde kullanılan türbin motorları, ısı eşanjörleri ve güç üretim sistemleri gibi kritik bileşenler, aşırı sıcaklık ve zorlu çalışma koşullarına maruz kalır. Bu tür uygulamalar için geleneksel alaşımlar yetersiz kalırken, nikel bazlı süper alaşım tozları ve katmanlı üretim (Additive Manufacturing) teknolojileri, bu zorlu gereksinimleri karşılamak için çığır açan çözümler sunuyor.
Nikel bazlı süper alaşımlar, olağanüstü yüksek sıcaklık mukavemeti, mükemmel sürünme direnci (yüksek sıcaklıkta uzun süreli deformasyona karşı direnç), üstün korozyon ve oksidasyon direnci gibi özellikleriyle bilinirler. Bu üstün özellikler, onları aşağıdaki nedenlerle yüksek sıcaklık uygulamaları için ideal kılar:
Yüksek Erime Noktası: Yüksek sıcaklıklarda yapısal bütünlüklerini korurlar.
Sürünme Direnci: Uzun süre yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında dahi boyutsal kararlılıklarını koruma yeteneğine sahiptirler.
Oksidasyon ve Korozyon Direnci: Agresif gaz ortamlarında veya kimyasal olarak aktif ortamlarda dahi yüzey bozunmasına karşı dirençlidirler.
Yüksek Mekanik Mukavemet: Geniş bir sıcaklık aralığında yüksek gerilmelere dayanabilirler.
Geleneksel imalat yöntemleri (döküm, dövme), nikel bazlı süper alaşımların işlenmesi konusunda bazı zorluklar taşır. Bu alaşımlar genellikle işlenmesi zor ve karmaşık geometrilere sahip parçaların üretiminde sınırlamalara sahiptir. İşte burada katmanlı üretim devreye girer:
Karmaşık Geometriler: SLM (Seçici Lazer Eritme) ve EBM (Elektron Demeti Eritme) gibi AM yöntemleri, nikel bazlı alaşım tozlarından iç kanallara, kafes yapılar gibi karmaşık ve optimize edilmiş geometrilere sahip parçaların üretilmesine olanak tanır. Bu, parça ağırlığını azaltırken performansı artırabilir.
Malzeme Verimliliği: Geleneksel yöntemlerde büyük miktarda malzeme israfı yaşanırken, AM yöntemleri sadece gerekli miktarda tozu kullanarak malzeme verimliliğini önemli ölçüde artırır. Bu, özellikle pahalı nikel alaşım tozları için büyük bir ekonomik avantajdır.
Hızlı Prototipleme ve Özelleştirme: Yeni tasarımların hızlı bir şekilde prototiplenmesi ve özel uygulamalar için kişiselleştirilmiş parçaların üretilmesi mümkündür.
Yüksek sıcaklık uygulamalarında en sık kullanılan nikel bazlı alaşım tozlarından bazıları şunlardır:
Inconel 718: Belki de en yaygın kullanılan nikel bazlı süper alaşımdır. Mükemmel sürünme ve yorulma direnci ile yüksek sıcaklıklarda mukavemetini korur. Özellikle havacılık motoru parçaları, gaz türbinleri ve turboşarjlar için kullanılır. SLM ve EBM ile uyumludur.
Inconel 625: Inconel 718'e benzer özelliklere sahip olup, özellikle korozyon ve oksidasyon direnciyle öne çıkar. Kimyasal işleme ekipmanları, denizcilik ve enerji sektörlerinde kullanılır.
Hastelloy X: Yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci ve sürünme mukavemeti ile bilinir. Özellikle gaz türbinlerinin yanma odalarında ve ısı eşanjörlerinde tercih edilir.
René N5, CM247LC: Özellikle tek kristal türbin kanatları gibi çok yüksek sıcaklık uygulamaları için geliştirilmiş, daha karmaşık bileşimlere sahip süper alaşımlardır. AM ile bu tür alaşımların işlenmesi, geleneksel yöntemlere kıyasla daha büyük avantajlar sunar.
Nikel bazlı süper alaşım tozları ile yüksek sıcaklık parçası üretimi, bazı zorlukları da beraberinde getirir:
Çatlama Hassasiyeti: Bazı nikel alaşımları, hızlı katılaşma ve yüksek ısıl gerilimler nedeniyle katmanlı üretimde çatlama eğilimi gösterebilir. Proses parametrelerinin hassas ayarlanması ve bazen ön ısıtma (özellikle EBM'de) bu riski azaltır.
Toz Kalitesi: Yüksek saflıkta ve homojen morfolojiye sahip tozlar kritik öneme sahiptir. Oksijen ve diğer safsızlıklar, nihai parçanın mekanik özelliklerini ciddi şekilde bozabilir.
Yüzey Kalitesi ve Son İşlemler: AM ile üretilen nikel alaşım parçalar genellikle pürüzlü bir yüzeyle gelir ve gerekli performans için ek işleme (örneğin sıcak izostatik presleme (HIP), talaşlı imalat, yüzey parlatma) ihtiyaç duyabilir.
Maliyet: Nikel bazlı süper alaşım tozları ve AM makineleri yüksek yatırım maliyetleri gerektirir. Ancak malzeme verimliliği ve performans artışı uzun vadede bu maliyeti dengeleyebilir.
Nikel bazlı süper alaşım tozlarının katmanlı üretim ile birleşimi, yüksek performanslı ve karmaşık parçaların üretiminde sınırları zorlamaya devam ediyor. Havacılık ve enerji sektörlerindeki artan verimlilik ve emisyon azaltma hedefleri, bu teknolojiye olan talebi daha da artıracaktır. Malzeme bilimi, proses optimizasyonu ve simülasyon alanındaki gelişmeler, nikel bazlı süper alaşımların 3D baskıdaki potansiyelini tam anlamıyla ortaya çıkaracaktır.
