آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی

آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی

فلزهای خالص مقاومت نسبتا نامطلوبی در برابر خوردگی یا فرسایش دارند؛ به همین دلیل، متخصصان عرصه فلزات، از عناصر فلزی گوناگون برای ساخت آلیاژها و سوپرآلیاژها استفاده می کنند تا مقاومت نسبی فلزات و قطعه های فلزی را در برابر خوردگی یا سایر آسیب ها افزایش دهند. نیکل و آلیاژهای بر پایه نیکل، قسمتی از این ماجرا هستند. در این مقاله، قصد داریم ابتدا مقداری درباره سوپرآلیاژها و پس از آن، آلیاژ نیکل صحبت کنیم و پس از آن، انواع آلیاژهای مقاوم بر پایه نیکل را برشماریم.

سوپرآلیاژ چیست؟

سوپرآلیاژها دسته ای از فلزهای آلیاژی هستند که خواص مکانیکی آنها بسیار بیشتر از خواص مکانیکی آلیاژهای معمولی یا فلزات خالص است. متخصصان در تعریف ابرآلیاژها می گویند: ابرآلیاژها آن دسته از آلیاژها هستند که توانایی کار در نقطه های بالای ذوب را هم دارند. سوپرآلیاژها معمولا مقاومت بسیار مطلوبی در برابر حرارت و انواع خوردگی دارند؛ به سبب همین مسائل نیز، در بسیاری از صنایع تخصصی به کار گرفته می شوند. در ساخت انواع موتورهای جت یا تولید فضاپیما از انواع سوپرآلیاژها استفاده می شود.
علاوه بر این، خالی از لطف نیست اگر بدانید که برجسته ترین کاربرد ابرآلیاژها در ساخت قطعات داغ توربین های گازی است؛ مثلا منطقه احتراق و پره های توربین گازی از ابرآلیاژها ساخته می شوند. ابرآلیاژها با توجه به عناصر غالب موجود در آنها، به انواع گوناگونی تقسیم می شوند؛ موارد زیر، مشهورترین انواع ابرآلیاژ هستند:

ابرآلیاژ بر پایه کبالت؛

ابرآلیاژ بر پایه آهن؛

ابرآلیاژ بر پایه نیکل.

ابرآلیاژ بر پایه نیکل

هدف کلی این مقاله، معرفی آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی است؛ پس ما ابرآلیاژهای پایه آهن و کبالت را به کناری می گذاریم و مقداری درباره ابرآلیاژهای پایه نیکل صحبت می کنیم . اجازه بدهید ابتدا مقداری درباره عنصر شیمیایی نیکل صحبت کنیم : نیکل عنصر 28ام از جدول تناوبی است؛ این عنصر مقاومت مطلوبی دارد و علاوه  بر این قابلیت چکش خواری نیز دارد. گفتنی است که ابرآلیاژهای بر پایه نیکل با توجه به اینکه چه درصدی از عناصر فلزی در آنها به کاررفته است، خواص متفاوتی دارند؛ این آلیاژها علاوه بر ترکیب شیمیایی، با توجه به مسائل مربوط به ذوب نیز در انواع گوناگونی قرار می گیرند. در ابرآلیاژهای نیکل، معمولا از عناصر زیر استفاده می شود:

• کروم (CR)
• کبالت (CO)
• مولیبدن (MO)

خوردگی در فلزات چیست؟

حالا که ابرآلیاژها را بررسی کردیم و نکاتی هم درباره ابرآلیاژ نیکل گفتیم، وقت آن رسیده است که مقداری هم درباره خوردگی در فلزات صحبت کنیم. تعریف تخصصی خوردگی به این شکل است : خوردگی فرایندی است که فلزهای خالص را به شکل های پایدارتری مانند اکسید، هیدرواکسید یا سولفید تبدیل می کند. خوردگی در واقع یک واکنش الکتروشیمیایی است که فلز در مواجه با محیط رقم می زند. خوردگی در فلزات به صورت عمومی، یک فرایند زیان رسان است و موجب آسیب های ثانوی مانند سستی یا شکست می شوند. خوردگی متناسب با اینکه به چه شکلی یا با چه مکانیسمی بروز می کند، به انواع زیر تقسیم می شود:

• خوردگی یکنواخت؛
• خوردگی گالوانیکی؛
• خوردگی حفرهای؛
• خوردگی شکافی؛
• خوردگی بین دانه ای؛
• خوردگی تنشی؛
• خوردگی توأم با خستگی؛
• خوردگی فرسایشی؛
• خوردگی غلطکی.

آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی

همان طور که در بخش های قبلی نیز بیان کردیم، به آلیاژهایی که عنصر غالب تشکیل دهنده آنها نیکل باشد، آلیاژهای پایه نیکل می گویند؛ البته این نکته را هم در نظر داشته باشید که در برخی از آلیاژهای پایه نیکل، درصد نیکل کمتر از 50 درصد است. جالب است بدانید که اولین آلیاژ نیکل که توسط متخصصان کشف شد، “مونل” نام دارد؛ این آلیاژ در سال 1905 تولید شده است و مقاومت خوبی در برابر خوردگی در شرایط مرطوب دارد. از سال 1905 تاکنون دانشمندان چندین آلیاژ بر پایه نیکل کشف کرده اند که هرکدام خواص مخصوص به خود را دارند. آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی، شامل موارد زیر می شود:

آلیاژ نیکل خالص ریختگی CZ-100

97 درصد از این آلیاژ را عنصر نیکل تشکیل می دهد؛ سه درصد باقی مانده شامل یک درصد کربن و دو درصد سیلیسیم می شود. متخصصان برای مقاوم تر کردن این آلیاژ در برابر سایش و تاول زدن، از مقادیر بیشتری سیلیسیم و کربن استفاده می کنند. آلیاژ مورد بحث، گزینه ای بسیار مطلوب برای انتقال مواد خورنده مانند مواد قلیایی است؛ علاوه بر این، در موقعیت هایی که نیاز به عدم آلودگی به مس و آهن است، از این آلیاژ استفاده می شود.
این نکته را هم به خاطر داشته باشید که اگر لازم باشد از این آلیاژ برای جوشکاری استفاده شود، حتما باید میزان کربن آن به یک درصد یا کمتر محدود شود.

آلیاژهای نیکل و مس

متخصصان با ترکیب کردن دو عنصر نیکل و مس، آلیاژهای گوناگونی می سازند که خواص مکانیکی و شیمیایی بی نظیری دارند؛ نباید فراموش کنیم که از عناصر فلزی دیگری مانند سیلیسیم در این آلیاژها استفاده می شود؛ آلیاژهای این گروه، شامل موارد زیر می شود: ؛

• M25S
• M-30H
• M-35-2
• M-35-1
• M-30C

این نام ها مطابق با استاندارد A494 هستند.

اگر اهداف ضدخوردگی را مدنظر داشته باشیم، حتما باید آلیاژهای نیکل و مس را که درصد سیلیسیم آنها بیشتر از 2 درصد است، در نظر بگیریم؛ گفتنی است که این آلیاژها علاوه بر مقاومت بسیار مطلوب در برابر خوردگی، مقاومت به سایش و استحکام زیادی هم دارند.

آلیاژ M-35

خواص این آلیاژ به شرح زیر است :

• استحکام بسیار زیاد؛
• نشت ناپذیری و استحکام مثال زدنی در برابر انواع کنش و واکنش های شیمیایی مخرب؛
• مقاومت در برابر سایش مکانیکی.

جالب است بدانید که عملیات های پیشگرم یا پسگرم بر این آلیاژها انجام نمی شود.
آلیاژ CY-40

این آلیاژ مطابق با استاندارد A494 نام گذاری شده است. گفتنی است که در این آلیاژ، 60 درصد نیکل، 12 درصد کرم و 23 درصد آهن به کار رفته است.

قطعات ساخته شده با این آلیاژ، استحکام مطلوبی در برابر اکسیدشدن دارند. همچنین ماندگاری آنها در شرایط دمایی ناپایدار، بسیار مطلوب است.

آلیاژهای نیکل، کرم و مولیبدن

این دسته از آلیاژهای بر پایه نیکل شامل موارد زیر می شوند:

• CW-ZM
• CW-7M
• CW-12MW
• CW6M

مولیبدن موجود در این آلیاژ، عامل اصلی مقاوم کننده در برابر خوردگی است؛ گفتنی است که این آلیاژها برای استفاده در موقعیت هایی که سروکار قطعات با اسیدهای غیر اکسیدکننده است، به کار می روند.

سخن پایانی

آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی با توجه به مشخصات شیمیایی و عناصر شیمیایی موجود در آنها، قابل تشخیص هستند؛ به عنوان مثال، مولیبدن یکی از عناصری است که وقتی با نیکل همراه می شود، مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش می دهد. ما در این مقاله، کوشیدیم تا رایج ترین آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به خوردگی را معرفی کنیم و نکات تکمیلی مربوط به هرکدام را برشماریم.