استخدامات مسحوق النيكل

يُستخدم مسحوق النيكل كمادة وظيفية بالغة الأهمية في مختلف الصناعات عالية التقنية، ويُستخدم في المقام الأول بسبب توصيله الكهربائي الاستثنائي ونقطة انصهاره العالية ومقاومته الفائقة للتآكل والأكسدة. بالنسبة للتطبيقات الهندسية وتطبيقات البحث والتطوير، تُصنف الاستخدامات الأساسية لمسحوق النيكل إلى خمسة مجالات مهمة: تخزين الطاقة، حيث يشكل إطارًا موصلًا لأقطاب بطاريات Ni-MH وLi-ion؛ والتصنيع الإضافي والتصنيع الميكانيكي المتعدد باستخدام مساحيق كروية عالية النقاء لطباعة مكونات الفضاء والمكونات الطبية ثلاثية الأبعاد؛ والحفز الحفزي، والاستفادة من مساحة سطحه العالية للهدرجة الكيميائية؛ والوقاية من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، حيث يصنع مسحوق النيكل الكربوني الخيطي حشيات وطلاءات موصلة؛ ومساحيق المعادن لإنتاج سبائك عالية القوة ومقاومة للحرارة. ويتطلب اختيار المسحوق المناسب مطابقة التطبيق المحدد مع شكل المسحوق (كروي أو خيطي أو شائك)، وحجم الجسيمات (عادةً ما يتراوح بين 1 ميكرومتر و150 ميكرومتر)، ومستويات النقاء (غالبًا ما تتجاوز 99.91 تي بي 3 تي)، حيث إن هذه الخصائص الفيزيائية تحدد بشكل مباشر السلامة الميكانيكية والتفاعل الكيميائي للمنتج الصناعي النهائي.

تخزين الطاقة: قيادة الجيل القادم من تكنولوجيا البطاريات

في الانتقال إلى الطاقة الخضراء، يحتل مسحوق النيكل مكانة محورية في مجال كيمياء البطاريات.

• هيدريد فلز النيكل (Ni-MH) وإلكترود الليثيوم: يستخدم مسحوق النيكل عالي النقاء بشكل أساسي لبناء الهيكل العظمي الموصل في القطب الكهربائي. وخاصة في بطارية النيكل والهيدروجين، فهو المكون الرئيسي للقطب السالب، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء البطارية.
• تعزيز التوصيلية: تضمن الموصلية الممتازة نقل الإلكترونات بكفاءة. لا يمكن لتلك السيارات الكهربائية (EV) أو الأجهزة الإلكترونية المحمولة ذات أداء الشحن السريع الممتاز الاستغناء عن مسحوق النيكل عالي الجودة لبناء القنوات الإلكترونية داخل البطارية.
• الدعم الهيكلي: لا تحدق فقط في الموصلات. يساعد مسحوق النيكل أيضاً القطب الكهربائي في الحفاظ على السلامة الهيكلية الميكانيكية أثناء التدوير الكيميائي المتكرر. إذا كانت البنية مبعثرة، سينتهي عمر البطارية.

التصنيع الإضافي والقولبة بالحقن المعدني (MIM)

مع تقدم الصناعة 4.0 الصناعية، أصبح الطلب على مسحوق النيكل الخاص في التصنيع المتطور أكثر أهمية.

• الطباعة ثلاثية الأبعاد (الفضائية والطبية): بالنسبة لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد مثل تقنية انصهار سرير مسحوق الليزر (LPBF)، فإن مسحوق النيكل الكروي هو الخيار الوحيد. إن سيولته وكثافة تعبئته جيدة جدًا، ويمكنه طباعة شفرات محركات الطائرات ذات الهياكل المعقدة للغاية أو غرسات تقويم العظام المخصصة.
• قولبة حقن المعادن (MIM): عادةً ما نقوم بخلط مسحوق النيكل مع مادة رابطة لإنتاج أجزاء صغيرة تتطلب مقاومة النيكل للتآكل وتكون معقدة للغاية بحيث لا يمكن التعامل معها بالقطع التقليدية.
• الموثوقية المادية: في مجالي الطيران والمجال الطبي، تكون السلامة هي الغالبة. ويتطلب ذلك أن تكون درجة نقاء المسحوق عالية جدًا، وإلا فبمجرد انهيار الأداء بسبب الشوائب فإن العواقب لا يمكن تصورها.

الحفز الصناعي: ما وراء كواليس التفاعلات الكيميائية الفعالة

تحدد الطبيعة الكيميائية للنيكل أنه عامل حفاز لا يمكن الاستغناء عنه في المعالجة الكيميائية ومعالجة الوقود.

عملية الهدرجة: تُستخدم مساحيق النيكل ذات المساحة السطحية النوعية العالية (مثل أنواع معينة من مساحيق النيكل) على نطاق واسع في هدرجة الزيوت النباتية وإنتاج المنتجات البتروكيماوية.

تحسين مساحة السطح المحددة: من خلال التحكم في حجم الجسيمات، يمكن للمصنعين تعظيم مساحة السطح النشطة في التفاعلات الكيميائية، وبالتالي زيادة معدل التحفيز بشكل كبير.

التدريع الكهرومغناطيسي (EMI): حماية المعدات الإلكترونية الحساسة

مع ازدياد تطور الأجهزة الإلكترونية وكثافتها، أصبحت كيفية حل مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) موضوعًا يجب مواجهته.

• مسحوق النيكل الكربوني الكربوني الليفي: هذا المورفولوجيا مميزة للغاية، حيث تُظهر بنية سلسلة فريدة من نوعها. عند إضافته إلى الطلاء أو الحشية أو المادة اللاصقة، يمكن أن يشكل شبكة موصلة مثالية، وبالتالي يحجب أو يمتص الإشارات الكهرومغناطيسية بشكل فعال.
• تطبيق نموذجي: في المحطات الأساسية للاتصالات وإلكترونيات الدفاع الوطني وأجهزة استشعار السيارات، يعد هذا الشيء ضمانًا أساسيًا صلبًا لضمان عدم توهين إشارة المعدات وعدم انقطاع التشغيل.

تعدين المساحيق: صنع سبائك عالية الأداء

تعد تعدين المساحيق هو الخط القديم لمسحوق النيكل، الذي يصنع مواد لا يمكن صنعها بطرق الصهر التقليدية.

• سبائك عالية القوة: يمكن أن يؤدي خلط النيكل وتلبيده مع الحديد والنحاس ومساحيق أخرى إلى إنتاج أجزاء ذات مقاومة شديدة للحرارة وقوة ميكانيكية.
• الأجزاء الدقيقة: مثل التروس الثقيلة للحفر في أعماق البحار، أو الأجزاء الهيكلية في الأفران عالية الحرارة. لا يمكن فصل الأجزاء التي تعمل في هذه البيئة القاسية عن هذه العملية بشكل أساسي.

مطابقة المنطق الصرفي والطهارة

وأخيرًا، لا يتم تحديد اختيار مسحوق النيكل بأي حال من الأحوال من خلال النظر إلى المواصفات، الأمر الذي يتطلب حكمًا فنيًا قويًا:

• اختيار الشكل: يتم اختيار الشكل الكروي من أجل السيولة (مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد)؛ يتم اختيار شكل الألياف من أجل المسار الموصل (مثل التدريع الكهرومغناطيسي)؛ إذا كان من أجل الانسداد الميكانيكي في تعدين المسحوق، فإن تأثير الشكل الشائك أو غير المنتظم يكون أفضل.
• التحكم في حجم الجسيمات: مدى كبير من 1 ميكرومتر إلى 150 ميكرومتر. يحدد حجم الجسيمات مباشرةً إعداد درجة حرارة التلبيد ويحدد أيضًا دقة سطح المنتج النهائي.
• خط النقاء الأحمر: بالنسبة لمشاريع البحث والتطوير عالية الدقة، عادةً ما يتم سحب النقاء فوق 99.9 في المائة. لا تشتري منتجات منخفضة النقاء لتوفير بعض المال. فقد تتسبب في "تسمم" المحفزات أو تتسبب في فشل هيكلي للأجزاء الفضائية. هذه المخاطرة لا تستحق المخاطرة.

المؤلف:：المؤلف أرفين ستيرلنج

"أنا عالمة مواد أتمتع بخبرة تزيد عن 12 عامًا في مجال تعدين المساحيق والتصنيع المتقدم. يركز بحثي على تحسين مورفولوجيا المسحوق المعدني للتطبيقات عالية الأداء. في هذا المقال، أستفيد من خبرتي في تحليل الاستخدامات الحرجة لمسحوق النيكل - من أقطاب البطاريات إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الطيران - لمساعدة المهندسين والمتخصصين في البحث والتطوير على اختيار مواصفات المواد الدقيقة لابتكاراتهم الصناعية."